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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) +vr|J:  
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 A"3"f8P8a  
[g/ &%n0^  
5cF7w  
简述案例 YHp]O+c  
W>_K+: t  
系统详情 n8+_Uww  
 光源 "C]v   
- 强象散VIS激光二极管 <eh<4_<qF  
 元件 ip+?k<]z  
- 光束准直和整形的反射元件(例如圆柱抛物面镜) kgb:<{pJ  
- 具有高斯振幅调制的光阑 @e#{Sm  
 探测器 a5k![sw\  
- 光线可视化(3D显示) Ajm  
- 波前差探测 TpGnSD  
- 场分布和相位计算 f-BPT2U+  
- 光束参数(M2值,发散角) u2E}DhV  
 模拟/设计 HhZ>/5'(  
- 光线追迹(Ray Tracing:):基本系统预览和波前差计算 FyhLMW3  
- 几何场追迹+和经典场追迹(Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing): 7~qyz]KkE  
 分析和优化整形光束质量 ^Q#g-"b  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 uPVO!`N3  
&SW~4{n:  
系统说明 K'c[r0Ew  
3E-dhSz:i  
D~zk2  
模拟和设计结果 wBlo2WY  
rqWD#FB=z  
@@3%lr71   
场(强度)分布                                   优化后
数值探测器结果 K2qKkV@  
[gIvB<Uv  
XY,!vLjL  
P_.zp5>  
(:>Sh0.  
总结 !BjJ5m  
gl~9|$ivj>  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 |/%X8\  
1.模拟 zXW)v/ ZD  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 `D?  &)Y  
2.评估 gX~lYdA  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 ~,Kx"VK  
3.优化 V` 4/oM`  
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。 XD%GNZ  
4.分析 2AXf'IOqE  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 bo-lT-I  
`PtfPt<{  
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。 ATF>"Ux  
(&1 56 5  
详述案例 SQ057V>'=  
Sg< B+u\\  
系统参数 &S=xSs:q.  
}E^k*S  
案例的内容和目标 }2''}-Nc  
";Q}Gs}  
在BDS.0001,BDS.0002,BDS.0003和BDS.0004案例中,研究了折射光束传输系统。 $#-O^0D  
y[';@t7CC  
(H;,E-  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 bl-D{)X  
 之后,研究并优化整形光束的质量。 Zg3 /,:1  
 另外,探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 t+#vcg,G  
kA/yL]m^S  
模拟任务:反射光束整形设置 {n{-5Y  
引入的反射光束整形装置是基于一个反射镜系统,此系统由两个抛物面圆柱反射镜镜与抛物面截面反射镜组成。焦点距离和镜子的位置取决于输入光束的发散角。 lvH} 8 lJ  
>W6?!ue_  
bR<XQHl  
L5 wR4Ue)  
^|(VI0KO  
M7=|N:/_  
规格:像散激光光束 hm0MO,i"  
t8ORfO+  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 |`pDOd  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 WJ/X`?k  
bb}Fu/S  
t{e}3}LEd  
]VaMulb4  
5nXmaj  
?>NX}~2cf  
规格:柱形抛物面反射镜 W)AfXy  
                         %?BygG  
 有抛物面曲率的圆柱镜 JvF0s}#4  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 qG3MyK%O\  
 曲率半径等于焦距的两倍 ^@)*voP#G  
\F14]`i  
-ZoAbp$  
规格:离轴抛物面圆柱镜(楔型) Zfd `Fu  
= O|}R  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 H#3Ma1z  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜(楔型) Ap> H-/C  
 离轴角决定了截切区域 I:M15  
4'y@ne}g!  
  
规格:参数概述(12° x 46°光束) k{ulu  
y>c Yw!  
   "}b/[U@>  
!1#=j;N`  
光束整形装置的光路图 w3M F62:  
,WE2MAjhT  
5Vr#>W  
 由于VirtualLab的相对坐标系统,则仅需设置z方向的距离。 t')%; N  
 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。 bUe6f,8,  
{a,U{YJ\H  
反射光束整形系统的3D视图 C?]+(P  
U:gvK 8n  
t\O#5mo  
f%yNq6l  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 |`d-;pk!%  
 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)。 xu@+b~C\  
6 )lWuY]e  
详述案例 q:m qA$n  
hLaQ[9  
模拟和结果 \q"vC1,9  
+*G<xW :M  
结果:3D系统光线扫描分析 TVK*l*  
 首先,应用光线追迹研究光通过光学系统。 A27!I+M  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 cHJ4[x=  
Wf =hFc1_@  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd |N|[E5Cn  
!gi3J @  
使用参数耦合来设置系统 REPI >-|  
I.p"8I;  
自由参数: Kc`#~-`,(  
 反射镜1后y方向的光束半径 a``Q}.ST  
 反射镜2后的光束半径 w}U'>fj  
 视场角,这决定了离轴取向(这些值保存为全局变量) A`V:r2hnb  
 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。 ,qIut|C*  
 对于此计算,应用了嵌入的参数耦合功能。 4+Y9":<  
$ Zj3#l:rK  
o`nJJ:Cxq-  
C\* 0621  
fz%e?@>q  
1_> w|6;e  
自由参数: [ub)`-6 u  
 反射镜1后y方向的光束半径 ?+L7Bd(EF%  
 反射镜2后的光束半径 N`LY$U+N|  
 视场角,这决定了离轴取向(这些值保存为全局变量) c LfPSA  
 基于光束发散角和直径(x和y方向)焦点,可以计算并设置反射镜的直径和距离z。 ]:Pkh./  
!*}E  
 如果这个例子评估20个参数,那么返回到光路图(LPD)。 c@$W]o"A  
<<&SyP  
\F<C$cys\  
结果:使用GFT+进行光束整形 3A3WD+[L  
h_B  nQZ\  
+u3vKzD  
`eKFs0M.  
 现在,利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 k>#-NPU$  
d6A+pa'2  
 由于离轴设置,光线分布显示出轻微的不对称形状。 =g)SZK  
F ZN}T{<  
 不过,场分布几乎是对称的(最好是使用伪色(false colors))。 @"afEMd  
:!fU+2$`^(  
 产生的相位是完全平坦的,产生的波前误差: 'Ecd\p  
wdRk+  
uP1]EA  
)_K:A(V>  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd XXb,*u 3  
ES5a`"H  
结果:评估光束参数 [k=LX+w@  
<H|]^An!H  
 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。 >ajcfG .k(  
 在这个例子中,我们对光束半径,发散角和M2值感兴趣。 WB"90!  
o3.b='HAm  
2`V(w[zTr  
 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。 (n2=.9k!  
 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) sX(rJLbD  
'3B7F5uLx"  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd oMKGM@V  
g?>   
光束质量优化 #3YYE5cB  
p9eTrFDy?  
 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。 Wbi12{C  
 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)。
$~/x;z:  
Y~U WUF%aK  
结果:光束质量优化 )NlxW5  
#ihHAiy3  
 由于通过高斯孔径传播,光束显示出理想高斯形状。 因此,M2值在两个方向上几乎都是1。 a'7RzN ,]  
Jy0(g T  
(o!i9)  
/ 16 r_l  
 然而,光束半径是略有减少。(光束半径显示在最后一张幻灯片是由于其偏离了理想高斯。) '^BTa6W}m  
?aU-Y_pMe  
\m+;^_;5GW  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd A~8-{F 31  
xUIH,Fp-9  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 j`-9.  
B`|H }KU  
 对于公差,在随机模式下我们使用参数运行特性。 jo"zd b  
=]-D_$S~  
 这意味着参数变化是的正态 }Q_ }c9?  
{Yv5Z.L&(  
O_Z   
   q`@8  
 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。 ExSy/^4f  
这意味着,波前对对齐误差很敏感。 l8d }g  
5I0j>{U&  
zC!Pb{IaH  
6"V86b0)h}  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run eX o@3/  
Y^'mBM#j  
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) {Lvta4}7(  
x-SYfvYY  
I>@Qfc bG  
^%/d]Zwb  
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。 fCi1JH;  
- s0QEQ  
总结 7G23D  
u=sZFr@m[  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 CK1gzIg>  
1.模拟 iuEQ?fp  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 j.UO>1{7  
2.研究 k E-+#p  
为了计算场分布和评价光束参数,应用几何场追迹+(GFT+)引擎。 kSO:xS0 _N  
3.优化 ASaNac-3  
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。 3mXRLx=0>  
4.分析 yo#fJ`  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 eed!SmP  
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。 e`Tssa+  
.q9i10C  
参考文献 IHj9n>c)[  
[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). =%9j8wHX  
i}Cy q  
进一步阅读 {_]<mwd  
usI$  
进一步阅读 u'aWvN y+  
 获得入门视频 A]OVmw  
- 介绍光路图 &y.6Hiy&  
- 介绍参数运行 d ]Mjr2h  
 关于案例的文档 SgY\h{{sP  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens a9TKp$LP`  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens hB-<GGcO <  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing 9E]7Etfw  
- 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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