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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) Dtelr=/s 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 eRD s?n3F V7 c7(G #Jg)HU9
简述案例 _t3n< >?I[dYzut 系统详情 =`g+3
O;< 光源 "M2HiV - 强象散VIS激光二极管 #Ey!?Z 元件 ~g)gXPjke - 光束准直和整形的反射元件(例如圆柱抛物面镜) M,:GMO:?a - 具有高斯振幅调制的光阑 ]Y:|%rvVH 探测器 ~^Gk7 - 光线可视化(3D显示) s&z+j%;+o - 波前差探测 NO"=\Zn6 - 场分布和相位计算 _v<EFal - 光束参数(M2值,发散角) oT.g@kf=H 模拟/设计 2{g~6U. - 光线追迹(Ray Tracing:):基本系统预览和波前差计算 H$WuT;cTE - 几何场追迹+和经典场追迹(Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing): KI#),~nS 分析和优化整形光束质量 D@&0 P& 元件方向的蒙特卡洛公差分析 &R>x;&Gj +ImPNwrY 系统说明 |5`z;u7V zR">'bM:
rs'~' Y 模拟和设计结果 -bduB@#2d &`GQS|
or>5a9pj 场(强度)分布 优化后 数值探测器结果 vfm|?\ \Ua"gS2L
r( :"BQ
/N]?>[<NW }`M[%]MNc 总结 I[G<aI! Whod_Uk 实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 /c8F]fkZ= 1.模拟 :J5xO%WA( 使用光线追迹验证反射光束整形装置。 \XhzaM
2.评估 1\TXb!OtL 应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。
D`2Iy.|! 3.优化 rhsSV3iM 利用一个具有高斯形状孔径函数的光阑和经典场追迹引擎来优化M2参数。 bncIxxe 4.分析 ?,O{,2} 通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 k7W7S`H
2D,9$ 0k_] 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。 [0w@0?[ _T7tq 详述案例 ?`3`azfM f^Lw3|rq4 系统参数 ,?P @ :S<8 1Y_Cd 案例的内容和目标 ehPrxIyC ;3-5U&Axt 在BDS.0001,BDS.0002,BDS.0003和BDS.0004案例中,研究了折射光束传输系统。 ]=m
'| 0} %c*azo.
Wf +j/RxTi 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 ^Bf@ I 之后,研究并优化整形光束的质量。 F\yxXOI 另外,探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 pZ}4'GnZI m(L]R(t 模拟任务:反射光束整形设置 dd@qk`Zl&A 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。 TXWi5f[ M1^,g~e
E9!u|&$S 3i/$YX5@
za` `BG{\3> 规格:像散激光光束 zB kS1qMn ?kqo~twJ 由激光二极管发出的强像散高斯光束 \cP\I5IW:s 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 &.,ZU\`zT 5zWxI]4d\
Z?kLAhy! hiZE8?0+~N
N{U``LV -{dsl|Dl 规格:柱形抛物面反射镜 (iXo\y`z nw){}g 有抛物面曲率的圆柱镜 AL74q[> 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 z|;7;TwA 曲率半径等于焦距的两倍 `j{q$Y=AG q{gt2OWqX fgVeB;k| 规格:离轴抛物面圆柱镜(楔型) c
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h (vMC.y5 对称抛物面镜区域用于光束的准直 G%_6"s 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜(楔型) #Cks&[!c 离轴角决定了截切区域 B#9rqC 2UU5\
jV6 规格:参数概述(12° x 46°光束) 0*o)k6?q3 c%9wI*l
-`x$a&} J*?BwmD'8 光束整形装置的光路图 Bt[OGa(q m{4e+&S|
fm C)]O%q 由于VirtualLab的相对坐标系统,则仅需设置z方向的距离。 ;O5p>o 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。 ;$gZ?& (F@.o1No% 反射光束整形系统的3D视图 {KYbsD Y>LgpO.
zY6{ OP!# ^_BHgbS%; 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 O)NEt 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)。 P[6@1 {Bk9]:'$5 详述案例 *F|j%]k~ lX$6U|! 模拟和结果 ICwhqH& `oQ)qa_ 结果:3D系统光线扫描分析 |y=; #A 首先,应用光线追迹研究光通过光学系统。 9Ps[i)- 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 \lwYDPY: <+ 0cQq=2 file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd R?@F%J;tx ov>Rvy 使用参数耦合来设置系统 ~RGZY/4 k9H7(nS{ 自由参数: Z
|wM 反射镜1后y方向的光束半径 \-3\lZ3qj 反射镜2后的光束半径 |d}f\a` 视场角,这决定了离轴取向(这些值保存为全局变量) LnZzY0 由于功能原理,所有系统参数(距离,焦距,直径)可以由光束参数分析计算。 }`M53>C,gQ 对于此计算,应用了嵌入的参数耦合功能。 ip6$Z3[) `|@# ~
DtkY;Yl n46A
uJ;7] Esh3cn4 自由参数: S0?4}7`A 反射镜1后y方向的光束半径 C%P)_)--V 反射镜2后的光束半径 $t.i)wg + 视场角,这决定了离轴取向(这些值保存为全局变量) Qx{k_ye`
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。 o|#Mq"od <X9 T}g 如果这个例子评估20个参数,那么返回到光路图(LPD)。 j/"{tMqQp b=[gK|fu #>~<rcE(
结果:使用GFT+进行光束整形 ?
tre) za{z2#aJ
$B6CLWB Fr{u=0 X 现在,利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 Ckd=tvL c"qaULY 由于离轴设置,光线分布显示出轻微的不对称形状。 Exir?G} \ )X*?M?~\ 不过,场分布几乎是对称的(最好是使用伪色(false colors))。 g%()8QxE1 P(OgT/7A 产生的相位是完全平坦的,产生的波前误差: WXz'H),R [KrWL;[1<
_ 4:@+{ -"J6|Y#8 file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd 0ox
8_l E({+2}=1 结果:评估光束参数 O^fg~g X 52+;j[ ]/O 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。 jwsl"zL 在这个例子中,我们对光束半径,发散角和M2值感兴趣。 ,>" rcd
+Kc1a; 4dy2m! 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。 Jh1Q)05 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) {v&c5B~,\ @\-i3EhR file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd zh5'oE&[yC GA&mM | |