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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) {x W? v;  
Ha@'%<gFe  
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 tU >wRw=d  
%UI.E=`n  
ZvpcjP  
V'#dY~E-P  
简述案例
:`2<SF^0O  
';hU&D;s  
系统详情 $]%;u: Sa  
 光源 HlqCL1\<  
- 强象散VIS激光二极管 #25Z,UU  
 元件 Al09R,I;  
- 光束准直和整形的反射元件(例如圆柱抛物面镜) ;3U-ghj  
- 具有高斯振幅调制的光阑 Sav]Kxq{  
 探测器 Ds9pXgU( Z  
- 光线可视化(3D显示) &8_]omuNV  
- 波前差探测 oN)l/"%C7/  
- 场分布和相位计算 YFv/t=`  
- 光束参数(M2值,发散角) jA$g0>  
 模拟/设计 9JBPE  
- 光线追迹(Ray Tracing:):基本系统预览和波前差计算 +wXrQV  
- 几何场追迹+和经典场追迹(Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing): F^ 7qLvh  
 分析和优化整形光束质量 o%i^t4J$e  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 ah1d0e P  
%%`Nq&'  
系统说明 k*(c8/<.d  
)XmV3.rI  
AqB5B5}  
模拟和设计结果 4*}[h9J}\  
uM h[Ht^.  
:6S!1roi  
场(强度)分布                                   优化后
数值探测器结果 !Y>lAxd  
+>/ariRr  
.+MJ' bW  
8W#/=Xh?  
N:GSfM@g  
总结 FB9PIsFS  
j5,1`7\7B  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 4 sasf94  
1.模拟 &)JQ6J_|\  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 /:3:Ky3  
2.评估 Nz_c]3_j  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 ^hzlR[  
3.优化 FRd!UqMXY  
利用一个具有高斯形状孔径函数的光阑和经典场追迹引擎来优化M2参数。 T6h-E^Z  
4.分析 '9c`[^  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 NUbw]Y90~  
11[[Hk X@  
对于复杂的光束整形装置,特别是离轴系统,可以使用VirtualLab来进行高效的模拟和分析。模拟过程中,根据情况应用不同的模拟引擎。 3XF.$=@  
,A`d!{]5  
详述案例 JQ=i{9iJ  
g@wF2=  
系统参数 T]Z|Wq`bot  
gF-<%<RV  
案例的内容和目标 >/mi#Y6  
0D/u`-  
在BDS.0001,BDS.0002,BDS.0003和BDS.0004案例中,研究了折射光束传输系统。 BZejqDr*  
Oo |*q+{  
~XN--4%Q  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 NAjY,)>'K  
 之后,研究并优化整形光束的质量。 ^!^6 |[  
 另外,探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 ?j;e/r.  
pd{W(M78g  
模拟任务:反射光束整形设置 2_M+akqy^  
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。 J ^gtSn^  
bP\0S@1YL  
aSdh5?  
*p:`F:  
M4 SJnE  
5v <>%=  
规格:像散激光光束 )]WWx-Uf'  
U/F<r3.`#  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 1c_gh12  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 Ri4t/H  
=sy>_   
@Gp=9\L  
?3X!  
7?Q@Hj(:NT  
Ot}fGiio  
规格:柱形抛物面反射镜
A tl`J.;G  
                         JwCv(1$GM  
 有抛物面曲率的圆柱镜 L1=3_fO  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 z@;]Hy  
 曲率半径等于焦距的两倍 d]1%/$v^  
D`p&`]k3v  
CvfX m  
规格:离轴抛物面圆柱镜(楔型) Rs_0xh  
a h<1&UG,  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 rMXIw  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜(楔型) \{r-e  
 离轴角决定了截切区域 h/~:}Bof  
5tPBTS<<"L  
  
规格:参数概述(12° x 46°光束) 3ThBy'  
4;"^1 $  
   :$k':0 n  
uD4=1g6[s  
光束整形装置的光路图 1Vq]4_09g1  
VD}8ei  
@sQ^6FK0G  
 由于VirtualLab的相对坐标系统,则仅需设置z方向的距离。 1HQh%dZZ  
 因为离轴抛物面镜的位置是相对于它的焦点,那么到反射镜2的距离z必须是负的。 <;O=h; ~|  
v{{Cj83S+  
反射光束整形系统的3D视图 &y` MDyXz  
n8<o*f&&9>  
@X`~r8&  
AA][}lU:5  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 [MSLVTR  
 绿线表示生成的光轴,由VirtualLab的基础定位方法生成(仅仅设置了距离z和倾角)。 VBc[(8o  
*9:oTN  
详述案例 dWHl<BUm  
6k6M&a  
模拟和结果 dw %aoe  
FR~YO|4?  
结果:3D系统光线扫描分析 5 o:VixZf  
 首先,应用光线追迹研究光通过光学系统。 u] C/RDTH  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 u@|izRk  
k=w;jX&;`  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd 1I({2@C  
}e3M5LI1L  
使用参数耦合来设置系统 ~wnTl[:  
W{E2 2J}  
z;1y7W!v  
自由参数: p7(Pymkd  
 反射镜1后y方向的光束半径 Gvo(iOU  
 反射镜2后的光束半径 .DSn H6O  
 视场角,这决定了离轴取向(这些值保存为全局变量) e&[gde(  
 由于功能原理,所有系统参数(距离,焦距,直径)可以由光束参数分析计算。 >Gbj1>C}  
 对于此计算,应用了嵌入的参数耦合功能。 shW$V93<  
~;St,Fw<<  
[?3*/*V  
4)D#kP  
WelB+P2  
%M8Egr2|0  
gLv|Hu7  
自由参数: ;/i"W   
 反射镜1后y方向的光束半径  Q(SVJ  
 反射镜2后的光束半径 ?]%JQ]Gf*  
 视场角,这决定了离轴取向(这些值保存为全局变量) FFXDt"i2  
 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。 d q=>-^o  
_'&N01  
v+-f pl&  
 如果这个例子评估20个参数,那么返回到光路图(LPD)。 eeIh }t>[  
iO=xx|d  
x_1JQDE  
结果:使用GFT+进行光束整形 L'{;V\d  
y e!Bfz>  
F\1nc"K/(  
zx^]3}  
kTQ:k }%B  
 现在,利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 b ABx' E  
H"(:6 `  
3nuf3)  
 由于离轴设置,光线分布显示出轻微的不对称形状。 M,V+bt  
>yvP[$]!6  
 不过,场分布几乎是对称的(最好是使用伪色(false colors))。 ${'gyD  
pTq,"}J!+  
 产生的相位是完全平坦的,产生的波前误差: Wd4fIegk  
7}bjJR "  
E#"QaI8`  
khT&[!J{>  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd Q0~5h?V'  
.lu:S;JSnS  
结果:评估光束参数 /2^cty.BXw  
m%V+px  
5A1oZ+C#  
 从生成的整形光束场分布,可以评估光束参数。 可以直接通过使用探测器界面实现。 .fcU&t  
 在这个例子中,我们对光束半径,发散角和M²值感兴趣。 j`Lf/S!}  
O;M_?^'W  
KsYT3  
 整形光束在x和y方向上显示了一个几乎相同的半径。 发散角大约是4urad。  l|`FW  
 M²值明显高于1。(与理想高斯光束相比,高M²值是由光束偏离引起的) FtN1ZZ"<*  
j)\&#g0u6  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd ~WuElns  
Qu]0BVIe  
光束质量优化 475yX-A  
Ku LZg  
b{)('C$  
 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。 Ff>Y<7CQ v  
 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)。
Gb 61X6  
etf ft8  
结果:光束质量优化 Wq)'0U;{$  
IyG5Rj2  
o^RdVSkU;  
 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。 n ! qm  
YN] w_=  
uuj"Er31  
Ary$,3X2  
 然而,光束半径是略有减少。(光束半径显示在最后一张幻灯片是由于其偏离了理想高斯。) :w_F<2d0 0  
AX**q$ 'R  
d_J?i]AP|'  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd cNC\w%  
!|_ CXm T|  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 9BI5qHEp  
^FgNg'"[3  
 对于公差,在随机模式下我们使用参数运行特性。 &ukNzV}VW  
)$q<"t\#P#  
g|<)J-`Q  
 这意味着参数变化是的正态 <6/XE@"   
w GZ(bKyO  
{%D "0*^  
w%S<N  
NOyLZa'  
 对于这个例子,假设每个反射镜都有±0.1°的角度偏差(绝对的方向)。 由于这个偏差,整形光束的波前差明显增加。 ?3SlvKI}H`  
这意味着,波前对对齐误差很敏感。 +azPpGZ=  
m?<8 ':  
=)M8>>l  
OpxVy _5,  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run 2?t(%uf]  
x|0Q\<mEe  
第一个随机公差的典型强度分布:(相应的均方根波前差:1.08λ,40.4λ,140λ) 6(9Ta'ywZ  
6?*iIA$b  
3JW9G04.  
8e\a_R*(|  
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。 -Qnnzp$]  
 p<*-B  
总结 ';aPoaO %  
I-/PzL<W P  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 5[l3]HOO  
1.模拟 8YkP57Y%[Z  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 6}iIK,Om  
2.研究 eE7 R d>  
为了计算场分布和评价光束参数,应用几何场追迹+(GFT+)引擎。 K'?ab 0  
3.优化 o*p7/KvoT  
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。 |<y[gj4`T/  
4.分析 2IjqT L  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 a]X6)6  
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。 N)poe2[  
Jq6p5jr"  
参考文献 yWzvE:!)  
[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). ;k b^mJE  
oeIB1DaI  
进一步阅读 [&NF0c[i  
fvit+  
进一步阅读 ] {NY;|&I'  
 获得入门视频 ~fCD#D2KU  
- 介绍光路图 d0-}Xl  
- 介绍参数运行 }d.R=A9L  
 关于案例的文档 ?9?0M A<[i  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens ~Ag !wj  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens S}Mxm 2  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing D%^EG8i n.  
- BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair
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