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infotek 2024-11-12 07:57

反射光束整形系统

光束传输系统(BDS.0005 v1.0) yLfb'Ba  
NFT&\6!o  
二极管激光光束使用无色散离轴反射装置进行准直和整形 9!hiCqA&  
mSSDV0Pfn  
<dxc"A  
1`1U'ibhe  
简述案例
,v;P@RL|g  
?3ldHWa  
系统详情 wfH#E2+pk  
 光源 {(r`&[  
- 强象散VIS激光二极管 U8_<?Hd  
 元件 aiP.\`>}  
- 光束准直和整形的反射元件(例如圆柱抛物面镜) [[(29|`]  
- 具有高斯振幅调制的光阑 _hgu:  
 探测器 uveby:dh  
- 光线可视化(3D显示) 0Da9,&D  
- 波前差探测 E"p;  
- 场分布和相位计算 XV"8R"u%Q  
- 光束参数(M2值,发散角)  5VWyc9Q  
 模拟/设计 3ifQKKcR{  
- 光线追迹(Ray Tracing:):基本系统预览和波前差计算 m[~fT(NI  
- 几何场追迹+和经典场追迹(Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing): Bi7QYi/  
 分析和优化整形光束质量 V gLnpPOQ  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 3z$9jN/<u  
=<ngtN  
系统说明 w'NL\>  
H$2<N@'4z  
37Z@a!#  
模拟和设计结果 ttlFb]zZh  
+C4UM9  
5;{Q >n  
场(强度)分布                                   优化后
数值探测器结果 dQSX&.<c,  
ZzZy2.7  
*3;H6   
~gz_4gzb  
CmyCne   
总结 j9FG)0  
V^9c:!aI  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 =+{SZh@  
1.模拟 49vKb(bz{  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 M`6rI  
2.评估 B(+J?0Dj  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 .wj?}Fr?97  
3.优化 <Co\?h/<  
利用一个具有高斯形状孔径函数的光阑和经典场追迹引擎来优化M2参数。 Gt >*y.]  
4.分析 R(jp  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 |Tn+Aq7  
!Zf< j  
对于复杂的光束整形装置,特别是离轴系统,可以使用VirtualLab来进行高效的模拟和分析。模拟过程中,根据情况应用不同的模拟引擎。 xaQO=[  
`;?`XC"m  
详述案例 Pc"g  
(^x ,  
系统参数 =Kf]ZKj)  
>NL4&MV:  
案例的内容和目标 $\:;N]Cs~0  
pP JhF8Dt  
在BDS.0001,BDS.0002,BDS.0003和BDS.0004案例中,研究了折射光束传输系统。 qX,T X 3  
l_Ee us  
Qq,w6ekr  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 >"}z % #  
 之后,研究并优化整形光束的质量。 x6-bAf  
 另外,探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 %d3KE|&u  
,E YB E  
模拟任务:反射光束整形设置 rd#O ]   
引入的反射光束整形装置是基于一个反射镜系统,此系统由两个抛物面圆柱反射镜镜与抛物面截面反射镜组成。焦点距离和镜子的位置取决于输入光束的发散角。 'Ipp1a Z_M  
nQy%av$  
(RhGBgp  
C"X; ,F<  
h!>K[*  
X:3W9`s )*  
规格:像散激光光束 >ZX&2 {  
Gp&o  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 l)1FCDV  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 aJAQ G  
aaa6R|>0  
_VvXE572  
=Fu~ 0Wc  
%yr(i 6L  
VMa \?`fT  
规格:柱形抛物面反射镜
x'OYJ>l|  
                         ONc-jU^  
 有抛物面曲率的圆柱镜 a,>`ab%>  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 `Z)]mH\X  
 曲率半径等于焦距的两倍 *=b# >//  
;";#{B:  
e<.O'!=7Y  
规格:离轴抛物面圆柱镜(楔型) e#R'_}\yj  
xzI?'?duC  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 ,)u7PMs  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜(楔型) u)NmjW  
 离轴角决定了截切区域 U&PwEh4uG  
948lL&  
  
规格:参数概述(12° x 46°光束) o?T01t=  
b@p3iq:  
   0\/cTNN  
@_:Jm tH<  
光束整形装置的光路图 Vm_<eyI2  
>I*Qc<X91  
q>n0'`q   
 由于VirtualLab的相对坐标系统,则仅需设置z方向的距离。 s]lIDp}  
 因为离轴抛物面镜的位置是相对于它的焦点,那么到反射镜2的距离z必须是负的。 krt8yAkG  
xllk hD4F  
反射光束整形系统的3D视图 X{-@3tG<r  
8dBG ZwyET  
mW+QJ`3  
~WKcO&  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 GM{J3O=  
 绿线表示生成的光轴,由VirtualLab的基础定位方法生成(仅仅设置了距离z和倾角)。 q.GA\o  
jO5R0^w  
详述案例 0Qa kFt  
vwc)d{ND  
模拟和结果 ){_D  
I7Uj<a=(q  
结果:3D系统光线扫描分析 P.j0Xlof  
 首先,应用光线追迹研究光通过光学系统。 )9PP3"I  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 reU*apZ/  
p,cw- lN  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd *!W<yNrR  
XZ3)gYQi  
使用参数耦合来设置系统 %XU V[L}  
v[}g+3a  
uFXu9f+  
自由参数: (mvzGXNz4  
 反射镜1后y方向的光束半径 ~?BN4ptc  
 反射镜2后的光束半径 CSBk  
 视场角,这决定了离轴取向(这些值保存为全局变量) vT&xM  
 由于功能原理,所有系统参数(距离,焦距,直径)可以由光束参数分析计算。 faqh }4  
 对于此计算,应用了嵌入的参数耦合功能。 jcY:a0[{D  
bVbh| AA  
n>5/y c"/q  
*pOdM0AE  
en1NFP  
FK:Tni  
>U2[]fu  
自由参数: A=+ |&+? t  
 反射镜1后y方向的光束半径 GQR|t?:t  
 反射镜2后的光束半径 .w@o%AO_  
 视场角,这决定了离轴取向(这些值保存为全局变量) ~\ C.Nm  
 基于光束发散角和直径(x和y方向)焦点,可以计算并设置反射镜的直径和距离z。 AlH\IP  
Gfbeh %  
FVw4BUOmi  
 如果这个例子评估20个参数,那么返回到光路图(LPD)。 c-ud $0)c  
ZB|y  
VuiK5?m  
结果:使用GFT+进行光束整形 ahnQq9  
m%[Ul@!V  
ov@N13 ,$  
ar#Xe;T!  
SD=kpf;  
 现在,利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 3EHn}#+U  
>3J?O96|f  
N-~Uu6zr  
 由于离轴设置,光线分布显示出轻微的不对称形状。 g`69 0  
G[[hC[}I  
 不过,场分布几乎是对称的(最好是使用伪色(false colors))。 GCEcg&s=\S  
^kElb;d  
 产生的相位是完全平坦的,产生的波前误差:  oRbG6Vv/  
XLeQxp=  
zt23on2  
<NVSF6`  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd 7H~J?_  
 Q9!T@  
结果:评估光束参数 "B^c  
Z%t"~r0PS  
tzKIi_2  
 从生成的整形光束场分布,可以评估光束参数。 可以直接通过使用探测器界面实现。 .Zzx W  
 在这个例子中,我们对光束半径,发散角和M²值感兴趣。 F"?OLV1B&  
X`n)]~  
2y t)"DnFk  
 整形光束在x和y方向上显示了一个几乎相同的半径。 发散角大约是4urad。 8pEiU/V  
 M²值明显高于1。(与理想高斯光束相比,高M²值是由光束偏离引起的) ioZ{2kK  
X:c k  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd @Ft\~ +}  
ST *\Q  
光束质量优化 LZ ?z5U:  
B]""%&! O  
f7mN,_Lt  
 通常,使用合适的高斯调制光阑以用于优化M²值。 因此,我们使用测量的半径作为腰束半径(消除发散角)来生成一个高斯光束。 `ecIy_O3P&  
 之后,将接收场转换成一个透射函数。 将该传输函数用作光阑(在一个透射函数元件中)。
DF>LN%a~  
)rqb<O  
结果:光束质量优化 M$O*@])  
_(R1En1  
pel{ ;r  
 由于通过高斯孔径传播,光束显示出理想高斯形状。 因此,M²值在两个方向上几乎都是1。 \bc ob8u  
LxcC5/@\~(  
-{^IT`  
Tgf#I*(^]  
 然而,光束半径是略有减少。(光束半径显示在最后一张幻灯片是由于其偏离了理想高斯。) _~=qByD   
G(n e8L8  
 3 )bC,  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd ~eVq Fc  
Bc^%1  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 ^ |xSU_wa  
19r4J(pV  
 对于公差,在随机模式下我们使用参数运行特性。 5\?\ |*WT  
~g6`Cp`  
,k,RXgQ  
 这意味着参数变化是的正态 8c6dTT4  
`[&) X  
d&@>P&AT  
P Tc@MH)  
nz?jNdyz  
 对于这个例子,假设每个反射镜都有±0.1°的角度偏差(绝对的方向)。 由于这个偏差,整形光束的波前差明显增加。 E6=JL$"  
这意味着,波前对对齐误差很敏感。 ,"@Tm01os  
d,c8ks(  
24}?GO  
kzK4i!}  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run 3Y L  
? 0}M'L  
第一个随机公差的典型强度分布:(相应的均方根波前差:1.08λ,40.4λ,140λ) 4dB6cg  
>R9_ ;  
t=K;/ 1  
>\/H2j  
由于波前差和因此校准的偏差更大,M²值明显增加。可以使用高斯孔径来减少。 X:un4B}O  
Gl4(-e'b  
总结 n{b(~eL?  
BkH- d z  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。  L$Uy  
1.模拟 e13{G @  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 mr4W2Z@L  
2.研究 #]~l]Eq  
为了计算场分布和评价光束参数,应用几何场追迹+(GFT+)引擎。 +5zLQ>]z  
3.优化 \BoRYb9h  
通过使用显示出高斯整形孔径函数和经典场追迹引擎来优化M2参数。 yX {CV7%O  
4.分析 WRq:xDRn0  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 THQd`Lj  
可以使用VirtualLab Fusion非常有效地模拟和分析复杂的光束整形装置,尤其是离轴系统。为此,根据情况应用不同的模拟引擎。 DR d|m<Z  
cJ}J4?  
参考文献 wc&`/'<p  
[1]M. Serkan, H. Kirkici, and H. Cetinkaya, “Off-axis mirror based optical system design for circularization, collimation, and expansion of elliptical laser beams”, Appl. Optics 46, No. 22, 5489-5499 (2007). "&_$%#HUv  
(O$PJLI  
进一步阅读 \o&\r)FX  
z ?3G`  
进一步阅读 2/T4.[`t  
 获得入门视频 eaG_)y  
- 介绍光路图 8RA]h?$$J  
- 介绍参数运行 ^AI5SjOUx  
 关于案例的文档 9*thqs3J#d  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens d(=*@epjR  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens #:~MtV  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing  1\[En/6  
- BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair
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