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) BrNG%%n  
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 z*M}=`M$  
RwAbIXG{0  
\3H<z@;  
简述案例 ><;l:RGK|  
'a;ini  
系统详情 gx!*O<|e4  
 光源 +A8=R%&b)[  
- 强象散VIS激光二极管 L4YVH2`0)  
 元件 h1^9tz{  
- 光束准直和整形的反射元件(例如圆柱抛物面镜) ?%\mQmjas  
- 具有高斯振幅调制的光阑 ~K5Cr  
 探测器 *[d~Nk%Y$  
- 光线可视化(3D显示) IF&g.R  
- 波前差探测 -yX.Jv  
- 场分布和相位计算 ";wyNpb(  
- 光束参数(M2值,发散角) G 2%  
 模拟/设计 LPEjRG,  
- 光线追迹(Ray Tracing:):基本系统预览和波前差计算 g2g`,"T  
- 几何场追迹+和经典场追迹(Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing): Cz'xGW{  
 分析和优化整形光束质量 8A2if 9E3  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 RGT_}ni  
-Wl)Lez@  
系统说明 PHQ{-b?4t  
:D"@6PC]  
'R^iKNPs  
模拟和设计结果 !( kX~S  
lZ}izl  
GN\8![J  
场(强度)分布                                   优化后
数值探测器结果 i Td-n9  
#V<`U:.  
;EK(b  
yB-.sGu  
mWNR(()v  
总结 [X;>*-  
X3P&"}a  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 ~_ *H)|  
1.模拟 |if'_x1V  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 V-[2jC{  
2.评估 n`P`yb\f$  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 uVN.=  
3.优化 VVs{l\$=ZV  
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。 vGXWwQ.1Tp  
4.分析 @Ppo &>  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 ?sV[MsOsC  
S*4f%!  
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。 joe9.{  
ows^W8-w  
详述案例 fCLcU@3W?  
-r!42`S  
系统参数 / >%L[RJ4  
/Z:N8e  
案例的内容和目标 v#zPH5xo  
a IQOs  
在BDS.0001,BDS.0002,BDS.0003和BDS.0004案例中,研究了折射光束传输系统。 /v5qyR7an  
mj)PLZ]  
0[.3Es:_  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 -<6v:Z  
 之后,研究并优化整形光束的质量。 d;{y`4p)s  
 另外,探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 A 6:Q<  
USprsaj  
模拟任务:反射光束整形设置 4&|C}  
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。 5Yl6?  
Gi*<~`Gr  
Y=9j2 ]t  
m`'=)x|  
H- 185]7  
/M:H9Z8!  
规格:像散激光光束 vEF=e  
r]9e^  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 3)y{n%3L  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 ?!H)zz6y  
w$b~x4y%  
}S,-uggz  
i(0hvV>'  
)6G" *  
n? ]f@OR  
规格:柱形抛物面反射镜 8hZwQ[hr  
                         0vDg8i\  
 有抛物面曲率的圆柱镜 P])L8zK  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 ZY)%U*jWU  
 曲率半径等于焦距的两倍 AQe!Sqg'  
?NlSeh  
` VwN!B:  
规格:离轴抛物面圆柱镜(楔型) Y xJ`-6  
iOll WkF  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 C%]."R cMC  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜(楔型) uWTN 2jr  
 离轴角决定了截切区域 kQ~ %=pn  
AVv#\JrRW  
  
规格:参数概述(12° x 46°光束) "c,!vc4  
Ra0=q4vdk  
   9k}<Fz"^.  
n26>>N  
光束整形装置的光路图 _jmkl B  
VJg,~lQN#t  
7 5|pp  
 由于VirtualLab的相对坐标系统,则仅需设置z方向的距离。 EI\v  
 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。 E+z18Lf?  
F@1d%c  
反射光束整形系统的3D视图 y:,9I` aW  
<5I1DF[  
UWw}!1  
<BPRV> 0X  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 wyzOcx>M  
 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)。  ,gmH2.  
q & b5g !  
详述案例 \vVSh  
(Xo SG  
模拟和结果 .H2qs{N!  
$/paEn"  
结果:3D系统光线扫描分析 # k9 <  
 首先,应用光线追迹研究光通过光学系统。 { 5-zyE  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 qg4fR' i  
YjLe(+ WQ  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd (Y2m md  
jTfi@5aPY  
使用参数耦合来设置系统 hiwIWd:H  
@KA1"Wb_  
自由参数: > :Ze4}(  
 反射镜1后y方向的光束半径 !| xZ6KV  
 反射镜2后的光束半径 wbi3lH:;  
 视场角,这决定了离轴取向(这些值保存为全局变量) g~ !$i`_b  
 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。 xGRT"U(  
 对于此计算,应用了嵌入的参数耦合功能。 c 0-w6  
7~b!4x|Z  
!5UfWk\G  
2xn<E>]  
JUQg 'D  
]*;F. pZ  
自由参数: Q0~j$Jc  
 反射镜1后y方向的光束半径 2]2H++  
 反射镜2后的光束半径 :6lwO%=F  
 视场角,这决定了离轴取向(这些值保存为全局变量) s<&[\U  
 基于光束发散角和直径(x和y方向)焦点,可以计算并设置反射镜的直径和距离z。 gvyT-XI  
0^#DNq*NQ  
 如果这个例子评估20个参数,那么返回到光路图(LPD)。 O@jqdJu  
,[`$JNc  
xo  Gb  
结果:使用GFT+进行光束整形 //.>>-~1m  
:c7CiP  
((|IS[  
3taa^e.  
 现在,利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 ]1sNmi$T  
QaQ'OrP  
 由于离轴设置,光线分布显示出轻微的不对称形状。 OVR?*"N_  
z(H?VfJo  
 不过,场分布几乎是对称的(最好是使用伪色(false colors))。 -@M3Dwsi3  
RUGv8"j  
 产生的相位是完全平坦的,产生的波前误差: ~Ltr.ci  
JE!("]&  
\.<KA  
y ~AmG~  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd ll<mE,  
n"G`b  
结果:评估光束参数 t1ze-Ht;  
\c7>:DH  
 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。 \[#t<dD  
 在这个例子中,我们对光束半径,发散角和M2值感兴趣。 _%ZP{5D>  
`,Orf ZMb  
.Yx_:h=u  
 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。 J%Mnjk^_\S  
 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) S~3\3qt$  
6sB$<#  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd |J3NR`-R  
!/hsJ9  
光束质量优化 C1QV[bJK  
EJm4xkYLj1  
 通常,使用合适的高斯调制光阑以用于优化M2值。 因此,我们使用测量的半径作为腰束半径(消除发散角)来生成一个高斯光束。 c Zvf"cIs  
 之后,将接收场转换成一个透射函数。 将该传输函数用作光阑(在一个透射函数元件中)。
k^An97J  
p=gX !4,9<  
结果:光束质量优化 - k`.j  
it1/3y =]  
 由于通过高斯孔径传播,光束显示出理想高斯形状。 因此,M2值在两个方向上几乎都是1。 s@!$='|  
YG[w@u  
>ttuum12w  
+K{LQsR]  
 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*H6fw+  
u^4h&fL  
V'StvU  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd _x %1F  
{gU&%j  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 =u|~ <zQw  
4%_M27bu[  
 对于公差,在随机模式下我们使用参数运行特性。 pbn\9C/  
MYdx .NZT  
 这意味着参数变化是的正态 sN/+   
N.hzKq][  
Zdn!qyR`  
   5DFZ^~  
 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。 <z)E (J\  
这意味着,波前对对齐误差很敏感。 g}Q x`65:  
\ =nrt?  
T+CajSV  
%l$W*.j|;  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run &; >4N"]  
m ,tXE%l  
第一个随机公差的典型强度分布:(相应的均方根波前差:1.08λ,40.4λ,140λ) jv&+<j`r  
Q`6i=mB;  
`&*bM0(J  
'^}+Fv<O  
由于波前差和因此校准的偏差更大,M2值明显增加。可以使用高斯孔径来减少。 (3%t+aqq  
-cfx2;68  
总结 %Fft R1"  
` }8&E(<  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 E%3TP_B3  
1.模拟 y0IK,W'&?  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 fL6e?\Pw  
2.研究 Yc#IFmC}  
为了计算场分布和评价光束参数,应用几何场追迹+(GFT+)引擎。 0I%: BT  
3.优化 FvXqggfGv  
通过使用显示出高斯整形孔径函数和经典场追迹引擎来优化M2参数。 2`Gv5}LfyR  
4.分析 Tr.hmGU  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 eOY^$#Y  
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。 l(:kfR~AC  
-dRFA2 Y  
参考文献 5*G%IR@@LK  
[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). \:/Lc{*}MD  
|wp ,f%WK  
进一步阅读 ' 4 O-  
VLI'    
进一步阅读 CL9yEy"V  
 获得入门视频 OJ3UE(,I=  
- 介绍光路图 Ly #_?\bn  
- 介绍参数运行 r9@AT(  
 关于案例的文档  (^: p  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens BIMKsF Zt  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens \}dyS8  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing ,8VU&?`<}  
- 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 © 2005-2025 光行天下 蜀ICP备06003254号-1 网站统计