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xunjigd 2016-11-13 21:47

VirtualLab运用:反射光束整形系统

光束传输系统(BDS.0005 v1.0) q'D Ts9Bj  
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 /$^Tou/v  
OVK )]- ~  
$b8[/],  
简述案例 fk*(8@u>  
E'iE#He  
系统详情 _!xrBdaJ  
 光源 8ud12^s$  
- 强象散VIS激光二极管 R%r bysP  
 元件 6St=r)_  
- 光束准直和整形的反射元件(例如圆柱抛物面镜) xAm tm"  
- 具有高斯振幅调制的光阑 |}zWH=6  
 探测器 f*k7 @[rSv  
- 光线可视化(3D显示) +C~h(  
- 波前差探测 q,v<:sS9T  
- 场分布和相位计算 9A |A@E#  
- 光束参数(M2值,发散角) _p$/.~Xo9  
 模拟/设计 3,PR6a,b'  
- 光线追迹(Ray Tracing:):基本系统预览和波前差计算 hSehJjEoM  
- 几何场追迹+和经典场追迹(Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing): |q`NJ  
 分析和优化整形光束质量 WJ{Iv] }9  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 ]545:)Q1  
D4%J!L<P  
系统说明 4m*)("H  
Q)75?mn  
xHgC':l(0  
模拟和设计结果 /x3*oO1  
, Ckcc  
#GM^:rF  
场(强度)分布                                   优化后
数值探测器结果 5lsslE+:J  
7F<{ Qn  
@*%3+9`yq  
a4:GGzt  
>u=  
总结 Q,?_;,I}  
^ `LqNG  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 cSL6V2F  
1.模拟 !}Xoqamm  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 l";Yw]:^  
2.评估 KL \>-  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 )>@S8v,(  
3.优化 |[],z 8  
利用一个具有高斯形状孔径函数的光阑和经典场追迹引擎来优化M2参数。 a1pp=3Pd?~  
4.分析 +4yre^gC  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 .x I Aep_  
8AR8u!;8  
对于复杂的光束整形装置,特别是离轴系统,可以使用VirtualLab来进行高效的模拟和分析。模拟过程中,根据情况应用不同的模拟引擎。 (xgw';g  
]>M\|,wh  
详述案例 >0HH#JW  
T"xJY#)}  
系统参数 N7?]eD  
tW/k  
案例的内容和目标 V$ZclV2:Ih  
>XtfT'  
在BDS.0001,BDS.0002,BDS.0003和BDS.0004案例中,研究了折射光束传输系统。 C1 ^%!)  
jG>W+lq  
@gN"Q\;F  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 Avw=*ZW  
 之后,研究并优化整形光束的质量。 96w2qgc2  
 另外,探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 0?54 8yH  
ZR1U&<0c@  
模拟任务:反射光束整形设置 `D;*.zrA  
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。 evZcoH3~  
,X4b~)  
PC9,;T&7_  
#@FA=p[%  
cWAw-E5  
6f +aGz  
规格:像散激光光束 |aDBp  
k6CXuU  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 `X<B+:>v-  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 uw\@~ ,d  
2.3_FXSt  
l!*_[r   
t"$~o:U&)  
mG S4W;  
%>FtA)  
规格:柱形抛物面反射镜 Uxjc&o  
                         Q]9$dr=Kk0  
 有抛物面曲率的圆柱镜 ! JA;0[;l=  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 529b. |  
 曲率半径等于焦距的两倍 Na91K4r#  
7IxeSxXH  
JY  
规格:离轴抛物面圆柱镜(楔型) AERJ]$\  
*$=i1w  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 f30J8n"k  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜(楔型) yz68g?"  
 离轴角决定了截切区域 =e6p v#  
vh\i ^  
  
规格:参数概述(12° x 46°光束) a/ A c^!(  
L"ho|v9:  
   z_>~=Mm  
mn@1&#c4y  
光束整形装置的光路图 S"!6]!~^  
YNBM\Q  
:UdW4N-  
 由于VirtualLab的相对坐标系统,则仅需设置z方向的距离。 S# ]] h/  
 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。 8Qg{@#Wr  
jC&fnt,O  
反射光束整形系统的3D视图 r<0E[ ~  
dBI-y6R  
_9>,9aL  
/MtmO$ .  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 =RWTjTZ   
 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)。 -jJhiaJ$<  
<%^/uS  
详述案例 H?"M&mF  
P3Ql[ 2  
模拟和结果 -H%v6E%yh  
Rs=Fcvl  
结果:3D系统光线扫描分析 [WDzaRzd  
 首先,应用光线追迹研究光通过光学系统。 2_pF#M9  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 jz f~n~  
<.)=CK  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd nWsRa uY  
yu6~:$%H  
使用参数耦合来设置系统 cB,^?djJ3  
z#+WK| a  
自由参数: 7 (2}Vs!5  
 反射镜1后y方向的光束半径 ]-t )wGr  
 反射镜2后的光束半径 P8c_GEna  
 视场角,这决定了离轴取向(这些值保存为全局变量) 0'd@8]|H  
 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。 bbjba36RO  
 对于此计算,应用了嵌入的参数耦合功能。 ^X&`YXjuN  
)#AYb   
u [qy1M0  
St?mq* ,  
d_ =K (}eR  
SL uQv?R}9  
自由参数: p>)1Z<D"a  
 反射镜1后y方向的光束半径 ai;!Q%B#Q  
 反射镜2后的光束半径 bpsyO>lx/  
 视场角,这决定了离轴取向(这些值保存为全局变量) Lx- %y'P  
 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。 [g}^{ $`  
q<\r}1Dm  
 如果这个例子评估20个参数,那么返回到光路图(LPD)。 r5&c!b\  
Y<;C>Rs  
?4SYroXUX|  
结果:使用GFT+进行光束整形 _dd_Z40R  
tgBA(2/Co  
m@nGXl'!  
d '2JMdbc  
 现在,利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 =x w:@(]{  
cV:Q(|QC  
 由于离轴设置,光线分布显示出轻微的不对称形状。 T\wOGaCW  
{$N\@q@v~  
 不过,场分布几乎是对称的(最好是使用伪色(false colors))。 ruqE]Hx9(  
W{IP}mM  
 产生的相位是完全平坦的,产生的波前误差: E2 'Al6^C  
Nj6Np^@sH  
L,_U co  
.~'q yD2V  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd Q3lVx5G>4  
~i^,Z&X:  
结果:评估光束参数 D vEII'-h  
p"\-iY]  
 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。 3!;o\bgK  
 在这个例子中,我们对光束半径,发散角和M2值感兴趣。 ivdPF dJ  
M]\"]H?  
&m(eMX0lU  
 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。 ziW[qH {  
 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) TuMZHB7h;  
Zfu" 8fX  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd w*SFQ_6YE  
GmGq69]J*  
光束质量优化 fZd~},X  
:?%_JM5U  
 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。 9 DXu*}  
 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)。
d@|j>Z  
s|!b: Ms`  
结果:光束质量优化 =7P; /EV  
b!37:V\#}  
 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。 Dc> )js|"  
uP ?gGo  
Q;$/&Y*  
Df/f&;`  
 然而,光束半径是略有减少。(光束半径显示在最后一张幻灯片是由于其偏离了理想高斯。) r3{o _w  
"=!QSb  
TA Yt:  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd b_Ky@kp  
.Lu=16  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 f{Y|FjPp=E  
zck |jhJ6  
 对于公差,在随机模式下我们使用参数运行特性。 "/XS3s v"s  
&(^>}&XS.<  
 这意味着参数变化是的正态 vDOeBw=  
7erao-  
#WpO9[b>  
   qaGIU`}:$A  
 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。 " Gn; Q-@  
这意味着,波前对对齐误差很敏感。 (U dDp"/  
!`#9#T|  
N$,)vb<  
zB]T5]  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run R +JI ?/H  
2RXGY  
第一个随机公差的典型强度分布:(相应的均方根波前差:1.08λ,40.4λ,140λ) quUJ%F  
;^8^L'7cr  
22r01qH  
@ Q1jH~t  
由于波前差和因此校准的偏差更大,M2值明显增加。可以使用高斯孔径来减少。 ~D=@4(f8|  
yEqmB4^-  
总结 V= *J9~K  
kL|Y-(FPo%  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 C[&&.w8Pm  
1.模拟 +l/j6)O`(m  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 t(rU6miN  
2.研究 pz IMj_  
为了计算场分布和评价光束参数,应用几何场追迹+(GFT+)引擎。 4F4u1r+  
3.优化 F i/G, [q  
通过使用显示出高斯整形孔径函数和经典场追迹引擎来优化M2参数。 Mqtp}<*@-  
4.分析 enzQ}^  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 2,;t%GB  
可以使用VirtualLab Fusion非常有效地模拟和分析复杂的光束整形装置,尤其是离轴系统。为此,根据情况应用不同的模拟引擎。 *pD;AU  
@Kr)$F  
参考文献 G!;[If :<e  
[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). f,a %@WT  
e,*[5xQ  
进一步阅读 (*x "6)`  
{|E7N"Qzg  
进一步阅读 E\S&} K,s  
 获得入门视频 *a%PA(%6  
- 介绍光路图 Q8q_w2s,  
- 介绍参数运行 w$ {  
 关于案例的文档 %$x FnGb  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens ^e,RM_.  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens `7_LJ \>I  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing ex+AT;o  
- BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair
槐花村人 2016-11-13 22:38
学习一下。
chenxiaohjk 2016-11-18 11:45
非常有用,谢谢!
哥斯拉大脚掌 2017-11-14 10:37
很棒 学习一下!
changying10010 2018-01-30 11:41
讲的很详细
jsdyf 2018-09-13 13:39
学习了
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