首页 -> 登录 -> 注册 -> 回复主题 -> 发表主题
光行天下 -> FRED,VirtualLab -> VirtualLab运用:反射光束整形系统 [点此返回论坛查看本帖完整版本] [打印本页]

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) Qt]Q: 9I[  
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 ]*7Y~dO  
FKe,qTqa  
6_N(;6kx(  
简述案例 G,;,D9jO7  
'zh7_%  
系统详情 K't]n{$  
 光源 Mi~(aah  
- 强象散VIS激光二极管 sg E-`#  
 元件 5SkW-+$  
- 光束准直和整形的反射元件(例如圆柱抛物面镜) ;gC|  
- 具有高斯振幅调制的光阑 eAPXWWAZJ1  
 探测器 )Ud-}* g  
- 光线可视化(3D显示) $%VuSrZ&  
- 波前差探测  |W<+U  
- 场分布和相位计算 :!zl^J;  
- 光束参数(M2值,发散角) ko5V9Drc  
 模拟/设计 2w)-\/j}  
- 光线追迹(Ray Tracing:):基本系统预览和波前差计算 mZ1)wH,  
- 几何场追迹+和经典场追迹(Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing): PqM1a oyX  
 分析和优化整形光束质量 !n^OM?.4  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 wf1lyS  
%X9r_Hx  
系统说明 a~8[<Fomj  
y\{%\$  
NH_<q"gT  
模拟和设计结果  @3kKJ  
}MUn/ [x  
v@#b}N0n  
场(强度)分布                                   优化后
数值探测器结果 H4]Ul eU  
Ytgj|@jsp  
_#vrb;.+  
7t.!lh5G%  
i1 RiGS  
总结 epgPT'^  
3j3N!T9  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 #pcP!  
1.模拟 ]vuwkn+)  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 GKcv<G208  
2.评估 E@Ad'_H  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 " LJq%E  
3.优化 GRY2?'`  
利用一个具有高斯形状孔径函数的光阑和经典场追迹引擎来优化M2参数。 LY+|[qka  
4.分析 "n*~Mj Ny  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 "O(9m.CZ  
`=7j$#6U  
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。 Y3O#Q)-j$  
'fPdpnJ<  
详述案例 qoAj] ")  
'}Ri`  
系统参数 N<DGw?Rl  
Afk$?wkL  
案例的内容和目标 m>SErxU(z  
|.wEm;Bz  
在BDS.0001,BDS.0002,BDS.0003和BDS.0004案例中,研究了折射光束传输系统。 S6[v;{xJ  
Ag@;  
^i:B+ rl  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 t:fFU1x  
 之后,研究并优化整形光束的质量。 ~RWktv  
 另外,探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 Gm\/Y:U  
D.mHIsX6\  
模拟任务:反射光束整形设置  wd)jl%  
引入的反射光束整形装置是基于一个反射镜系统,此系统由两个抛物面圆柱反射镜镜与抛物面截面反射镜组成。焦点距离和镜子的位置取决于输入光束的发散角。 Bp@v,)8*  
IUwm}9Q!  
85GKymz$P  
`:axzCrCfR  
Zv#Ll@v  
q/n,,!  
规格:像散激光光束 \_B[{e7z  
PiA0]>  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 jRL<JZ1N  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 R+CM`4CD  
3$X'Y]5a  
DY^;EZ!hb  
w}=5ElB  
A,4fEmWM  
v,ju!I0.  
规格:柱形抛物面反射镜 2p " WTd  
                         0'IBN}  
 有抛物面曲率的圆柱镜 YY!Rz[/  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 7nuU^wc  
 曲率半径等于焦距的两倍 y:6; LZ9[  
KGg3 !jY  
J_;o|gqX  
规格:离轴抛物面圆柱镜(楔型) >vA2A1WhW  
AA7C$;Z15~  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 s;A@*Y;v  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜(楔型) %V nbmoO  
 离轴角决定了截切区域 f`Fi#EKT  
w`5xrqt@  
  
规格:参数概述(12° x 46°光束) 5;HH4?]p  
mWvl 38  
   ^f(@gS}?  
)-. _FOZ6  
光束整形装置的光路图 VX1-JxY  
8e(\%bX  
?5 {>;#0Z  
 由于VirtualLab的相对坐标系统,则仅需设置z方向的距离。 cMOyo<F#^=  
 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。 -(=eM3o-9m  
4H/fP]u  
反射光束整形系统的3D视图 (I./ Uu%  
z5 YWt*nm  
ruy}/7uf  
L'kmNVvYN  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 n<u $=H  
 绿线表示生成的光轴,由VirtualLab的基础定位方法生成(仅仅设置了距离z和倾角)。 d}4Y(   
@!1x7%]G  
详述案例 J7g8D{4  
sL$:"=  
模拟和结果 _/tHD]um  
aSnF KB  
结果:3D系统光线扫描分析 i,/0/?)*_  
 首先,应用光线追迹研究光通过光学系统。 IqoR7ajA  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 %xyou:~0zs  
?)ONf#4Y  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd AQwdw>I-FX  
+csi[c)3E  
使用参数耦合来设置系统 U3dwI:cG  
H|HYo\@F#  
自由参数: 73\JwOn~  
 反射镜1后y方向的光束半径 [wzb<"kW  
 反射镜2后的光束半径 Sxh]R+Xb  
 视场角,这决定了离轴取向(这些值保存为全局变量) XY3v_5~/1F  
 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。 #iHs* /85  
 对于此计算,应用了嵌入的参数耦合功能。 gK'1ZLdZ2  
K42K!8$  
WL"^>[Vq  
O*FUTZd(J  
aq@8"b(.  
tu66'z  
自由参数: G VYkJ0,  
 反射镜1后y方向的光束半径 )`O~f_pIC  
 反射镜2后的光束半径 M,\:<kNI  
 视场角,这决定了离轴取向(这些值保存为全局变量) 9~/J35  
 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。 ia+oX~W!VR  
lUMS;H(  
 如果这个例子评估20个参数,那么返回到光路图(LPD)。 4?q <e*W  
lSVp%0jR  
_v> }_S  
结果:使用GFT+进行光束整形 7%|~>  
%/zbgS`  
T~##,qQ  
&keR~~/  
 现在,利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 7 *`h/  
=*c7i]@}  
 由于离轴设置,光线分布显示出轻微的不对称形状。 {ix?Brq/  
kr9*,E9cv  
 不过,场分布几乎是对称的(最好是使用伪色(false colors))。 f\sQO&  
CU@Rob}s  
 产生的相位是完全平坦的,产生的波前误差: os:A]  
biU^[g("  
?En O"T.  
VKG&Y_7N  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd < (fRn`)PT  
8"8t-E#?  
结果:评估光束参数 PuA9X[=  
!W}9no  
 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。 Pama#6?OPh  
 在这个例子中,我们对光束半径,发散角和M2值感兴趣。 YSic-6z0Ms  
keX,d#  
nG'&ZjA  
 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。 c]n1':FT"  
 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) F`XP@Xx  
koZ*+VP=  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd 2db3I:;E  
$!-c-0ub  
光束质量优化 =C8?M  
rrBsb -  
 通常,使用合适的高斯调制光阑以用于优化M2值。 因此,我们使用测量的半径作为腰束半径(消除发散角)来生成一个高斯光束。 [6%VRqY  
 之后,将接收场转换成一个透射函数。 将该传输函数用作光阑(在一个透射函数元件中)。
gM u"2I5  
[S9K6%w_!  
结果:光束质量优化 4~Vx3gEV:  
t\k$};qJ  
 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。 8<pzb}xK  
pz\ +U7  
~obqG!2m  
|y!=J$ $_H  
 然而,光束半径是略有减少。(光束半径显示在最后一张幻灯片是由于其偏离了理想高斯。) ZojI R\F^  
=S+wCN  
93("oBd[s(  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd \IV1j)I"u  
t^R][Ay&  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 `1$@|FgyC  
DEG[Z7Ju  
 对于公差,在随机模式下我们使用参数运行特性。 pN:Kdi  
(|:M&Cna]  
 这意味着参数变化是的正态 )_syZ1j  
Ui_8)z _  
Ai=s e2  
   r ~jm`y  
 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。 "GMBjT8  
这意味着,波前对对齐误差很敏感。  *'.|9W  
5cL83FQh  
|:q=T ~x  
e6R}0w~G  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run C*)3e*T*  
A&.WH?p  
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) n'wU;!W9  
,Ys %:>?  
"}u.v?HYz  
NO "xL,  
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。 :DrWq{4  
@5=oeOg36  
总结 I5 o)_nc  
+7D|4  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 fHE <(  
1.模拟 bH7X'%r  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 p4.wh|n  
2.研究 ]qethaNy  
为了计算场分布和评价光束参数,应用几何场追迹+(GFT+)引擎。 |oH,   
3.优化 "bFTk/  
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。 T! Y@`Ox  
4.分析 'y;EhOwj,  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 V)Z}En["1  
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。 2h|MXI\g  
#I{h\x><?  
参考文献 T*8VDY7  
[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). nt 81Bk=  
B:b5UD  
进一步阅读 Y_;#UU689  
?i7%x,g(Z  
进一步阅读 XX7{-Y y  
 获得入门视频 5gH1.7i b  
- 介绍光路图 *g:4e3Iy  
- 介绍参数运行 x5,++7Tz  
 关于案例的文档 mq aHwID  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens oX#Q<2z*  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens 3 R=,1<  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing &oP +$;Y  
- 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
查看本帖完整版本: [-- VirtualLab运用:反射光束整形系统 --] [-- top --]

Copyright © 2005-2026 光行天下 蜀ICP备06003254号-1 网站统计