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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) }UG<_ bE|  
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 Y`xAJ#= ,i  
vgr 5j  
!__^M3S,k  
简述案例 Prv=f@  
}MM:qR  
系统详情 4k6:   
 光源 nyG5sWMpe  
- 强象散VIS激光二极管 4@M}5WJ7  
 元件 obgO-d9l  
- 光束准直和整形的反射元件(例如圆柱抛物面镜) P>|sCF  
- 具有高斯振幅调制的光阑 ,^@/I:  
 探测器 q+XU Cnv  
- 光线可视化(3D显示) X8XE_VtP  
- 波前差探测 9a'}j#mJo  
- 场分布和相位计算 :1#$p  
- 光束参数(M2值,发散角) fs#9*<]m  
 模拟/设计 9*CRMkPrd  
- 光线追迹(Ray Tracing:):基本系统预览和波前差计算 \Fu(IuD  
- 几何场追迹+和经典场追迹(Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing): Uz `OAb  
 分析和优化整形光束质量 l!}7GWj  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 t & 5s.  
miY=xwK&  
系统说明 tA K=W$r  
k rXU*64  
GGGz7_s ?  
模拟和设计结果 " _TAo  
2o0WS~}5  
9['>$ON  
场(强度)分布                                   优化后
数值探测器结果 S&'-wA Ed  
2(Nf$?U @0  
IXR%IggJA  
`Z (`  
asYUb&Hz88  
总结 XBTjb  
OX.g~M ig|  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 gZ  {  
1.模拟 b .xG'  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 {XLRrU!*  
2.评估 {=P}c:i W  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 ,WS{O6O7  
3.优化 U H6 Jvt  
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。 qK&h$;~*y  
4.分析 YA8ZB&]En/  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 4/&.N]  
*47%| bf`  
对于复杂的光束整形装置,特别是离轴系统,可以使用VirtualLab来进行高效的模拟和分析。模拟过程中,根据情况应用不同的模拟引擎。 Mbtk:GuY  
-qB{TA-.\  
详述案例 F'njtrO3  
^<Sy{KY  
系统参数 rmhL|! Y  
8fQXif\z  
案例的内容和目标 )oMMDH w\  
q&: t$tSS  
在BDS.0001,BDS.0002,BDS.0003和BDS.0004案例中,研究了折射光束传输系统。 nD{{/_"'  
5Yx 7Q:D  
y~rtYI  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 ^:o^g'Yab  
 之后,研究并优化整形光束的质量。 PE2O$:b\  
 另外,探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 K1-y[pS]E  
\Jr7Hy1;  
模拟任务:反射光束整形设置 >jm^MS=  
引入的反射光束整形装置是基于一个反射镜系统,此系统由两个抛物面圆柱反射镜镜与抛物面截面反射镜组成。焦点距离和镜子的位置取决于输入光束的发散角。 ]hY4 MS  
JE[J}-2  
r} a,  
;VPYWss  
 5f_1 dn  
 *l-F  
规格:像散激光光束 +HY.m+T  
Opf^#6'mq  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 WVh]<?GWXk  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 jN sM&s,  
IlMst16q5  
A{\!nq_~N  
e `IL7$  
lC=T{rR  
r?=3TAA  
规格:柱形抛物面反射镜 =tqChw   
                         AF"XsEt.e  
 有抛物面曲率的圆柱镜 :&$ WWv  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 {tF)%>\#  
 曲率半径等于焦距的两倍 v'u}%FC  
\.{ZgL5"  
)|L#i2?:  
规格:离轴抛物面圆柱镜(楔型) *uvE`4V^Jg  
MF4B 2d  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 Cg%}=  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜(楔型) 2M?L++i  
 离轴角决定了截切区域 %CG=mTP  
`:EU~4s\  
  
规格:参数概述(12° x 46°光束) p(S {k]ZL@  
B7nm7[V  
   2I1CKA:7g  
k\lU Q\/O5  
光束整形装置的光路图 \%]!/&>{6  
QhmOO-Z?  
_Wo(;'.  
 由于VirtualLab的相对坐标系统,则仅需设置z方向的距离。 <|4L+?_(&  
 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。 `Bv, :i  
%51HJB}C]  
反射光束整形系统的3D视图 5*r5?ne  
D>"!7+t|@a  
MD=!a5'  
@ R;o $n  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 ]j^rJ|WTH  
 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)。 SI/p8 ^  
Y .\<P*iO  
详述案例 Pxe7 \e  
hZeF? G)L'  
模拟和结果 %scQP{%aD  
<5sP%Fs)  
结果:3D系统光线扫描分析 f&`yiy_  
 首先,应用光线追迹研究光通过光学系统。 $O^U"  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 uKd79[1  
5:X^Q.f;  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd &3bhK5P  
;&]oV`Ib  
使用参数耦合来设置系统 *Au[{sR  
R'p- 4  
自由参数: #F6!x3Z  
 反射镜1后y方向的光束半径 XF Wo"%}w  
 反射镜2后的光束半径 |NXe{q7{  
 视场角,这决定了离轴取向(这些值保存为全局变量) Qe1WT T]:I  
 由于功能原理,所有系统参数(距离,焦距,直径)可以由光束参数分析计算。 I"r[4>>B>0  
 对于此计算,应用了嵌入的参数耦合功能。 WO"<s{v  
cg'z:_l  
3B[u2o>  
,ko0XQBl  
.vhEm6wJUM  
3C(V<R?  
自由参数: ETtoY<`#  
 反射镜1后y方向的光束半径 X16r$~Pb  
 反射镜2后的光束半径 }R2afTn[;  
 视场角,这决定了离轴取向(这些值保存为全局变量) q OX=M  
 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。 RS /*Dp^  
n% ={!WD  
 如果这个例子评估20个参数,那么返回到光路图(LPD)。 T{mIk p<  
L|K^w *\C  
cK~VNzsz  
结果:使用GFT+进行光束整形 spv'r!*\ed  
*K2fp=Ns  
pl5Q2zq%  
fd*<m8  
 现在,利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 W)fh}|.5  
l. 0|>gj`0  
 由于离轴设置,光线分布显示出轻微的不对称形状。 {^*D5  
Xo~kB)|,  
 不过,场分布几乎是对称的(最好是使用伪色(false colors))。 I<LIw8LI  
`Fs-z  
 产生的相位是完全平坦的,产生的波前误差: <<[\ Rv  
Gjo&~*;  
8c0ugM  
-q}I; cH  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd WiCJhVF3  
l6k.`1.In  
结果:评估光束参数 &<oDl _^  
+IPMI#n  
 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。 `Uy'YfYF  
 在这个例子中,我们对光束半径,发散角和M2值感兴趣。 :}p<Hq 8Z  
i@hW" [A  
 _V_GdQ  
 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。 |FxTP&8~  
 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) cux<7#6af  
n`2LGc[rP  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd rWD*DmY@"  
Y5$VWUrB  
光束质量优化 L(w?.)E  
Onj)AJ9M0r  
 通常,使用合适的高斯调制光阑以用于优化M2值。 因此,我们使用测量的半径作为腰束半径(消除发散角)来生成一个高斯光束。 FG6mh,C!  
 之后,将接收场转换成一个透射函数。 将该传输函数用作光阑(在一个透射函数元件中)。
7/GL@H  
>*S ;z+!&  
结果:光束质量优化 w@&(=C  
1OW#_4w/  
 由于通过高斯孔径传播,光束显示出理想高斯形状。 因此,M2值在两个方向上几乎都是1。 ~k780  
MgUjB~)Y  
e.? ;mD  
M"|({+9eG  
 然而,光束半径是略有减少。(光束半径显示在最后一张幻灯片是由于其偏离了理想高斯。) Y<9]7R(\;  
_"c:Z!L  
+o^sm'$  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd YB3?Ftgw  
Nvj0MD{ X  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 !+Us)'L  
m vLqccL  
 对于公差,在随机模式下我们使用参数运行特性。 +N:=|u.g  
wA?q/cw C  
 这意味着参数变化是的正态 Tg\wBhJr|  
wzz> N@|  
;Br #e1~  
   W:*  {7qJ  
 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。 !<W^Fh  
这意味着,波前对对齐误差很敏感。 Xgyi}~AoaU  
o%.0@W  
 - j_  
A~%h*nZc%I  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run APM!xX=N  
?QG?F9?  
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) q_[V9  
S^*ME*DDz  
[ %:%C]4  
o0\d`0-el  
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<+@cf_9  
HlC[Nu^6U  
总结 (4oO8 aBB  
lz88//@gZ  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 Ze-MB0w  
1.模拟 q"|#KT^)  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 vD'YLn%Q  
2.研究 Gn} ^BJN  
为了计算场分布和评价光束参数,应用几何场追迹+(GFT+)引擎。 AxZaV;%*  
3.优化 odNHyJS0  
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。 a0=>@?  
4.分析 &&K"3"um  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 v!77dj 6I  
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。 hR(p{$-T  
:1,xse  
参考文献  TDR2){I  
[1]M. Serkan, H. Kirkici, and H. Cetinkaya, “Off-axis mirror based optical system design for circularization, collimation, and expansion of elliptical laser beams”, Appl. Optics 46, No. 22, 5489-5499 (2007). kQQhZ8Ch  
6V^KOG  
进一步阅读 z)0%gd|  
`;H3['~$  
进一步阅读 cNvh2JI  
 获得入门视频 IM$I=5y e  
- 介绍光路图 `6QQS3fk!  
- 介绍参数运行 #xTu {  
 关于案例的文档 d6ABgQi0  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens |VE *_ G  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens xA {1XS}  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing |dI,4Z\Qb  
- 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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