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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) =)vmX0vL  
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 h 92\1,  
*CZvi0&  
W#87T_7T[  
简述案例 dOh'9kk3  
l4?o0;:)  
系统详情 Ex9%i9H  
 光源 ,o7aIg&_H  
- 强象散VIS激光二极管 :L#t?~  
 元件 (G $nN*rlu  
- 光束准直和整形的反射元件(例如圆柱抛物面镜) {Ak{ ct\t  
- 具有高斯振幅调制的光阑 6*cG>I.Z  
 探测器 l{F^"_U  
- 光线可视化(3D显示) R}njFQvS)  
- 波前差探测 }VxbO8\b(  
- 场分布和相位计算 J/S 47J~  
- 光束参数(M2值,发散角) Ac;rMwXk#  
 模拟/设计 c9imfA+e  
- 光线追迹(Ray Tracing:):基本系统预览和波前差计算 2-5AKm@K  
- 几何场追迹+和经典场追迹(Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing): 3-#|6khqt  
 分析和优化整形光束质量 ,g2|8>sJP  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 /3->TS  
E;$)Oz  
系统说明 :=vB|Ch:~  
JF!?i6V  
*5Upb,* *  
模拟和设计结果 Ry>c]\a]  
\U;4 \  
?#?[6t  
场(强度)分布                                   优化后
数值探测器结果 Dz/I"bZLC  
HPl!r0 h  
=S/$h}Vi  
nD6mLNi%a  
WGjT06a\  
总结 H|_^T.n?E  
oR (hL4Dc  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 'WK}T)o  
1.模拟 1;cV [&3  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 dd1m~Gm  
2.评估 3|zqEGT*  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 6Ug( J$Ouh  
3.优化 {o"X8  
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。 N"M K 0k  
4.分析 2`>/y  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 nB"r<?n<  
z3+y|nx!  
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。 U ^1Xc#Ff  
p'UYH t  
详述案例 !Cxo4Twg  
OJ8ac6cJ  
系统参数 ,ButNB v  
bK;I:JK3  
案例的内容和目标 "3o{@TdU  
wy6>^_z  
在BDS.0001,BDS.0002,BDS.0003和BDS.0004案例中,研究了折射光束传输系统。 N),bhYS]  
2%4dA$H#4w  
m qgA  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 Z7RGOZQ}G  
 之后,研究并优化整形光束的质量。 fkE4 [X7f  
 另外,探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 jqq96hP,  
YW55iyM  
模拟任务:反射光束整形设置 z`UL)W  
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。 W^; wr#  
J'^H@L/E  
2[f8"'lUQ  
H59}d oKH  
+c4]}9f!  
y<mmv~=  
规格:像散激光光束 9bvzt8pc  
e! V`cg0  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 BwtjTwd  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 y1R53u`;L  
+U/+iI>0  
WLGk  
i zJa`K  
[kwVxaI  
rFJ(t7\9h  
规格:柱形抛物面反射镜 QX}O{LQR  
                         Q\>9PKK  
 有抛物面曲率的圆柱镜 ,grdl|Dg  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 $YuVM  
 曲率半径等于焦距的两倍 r0kJx$f  
,'[L6=#  
{n9]ej^  
规格:离轴抛物面圆柱镜(楔型) &}}c>]m  
#xL^S9P  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 ,ErJUv  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜(楔型) ,b;eU[!]  
 离轴角决定了截切区域 w@&g9e6E  
',GWH:B  
  
规格:参数概述(12° x 46°光束) `s HrC  
P,5gaT)  
   oE:9}]N_  
N8a+X|3]0  
光束整形装置的光路图 Y1 RiuJtL  
IG@.WsM_  
P5 GM s  
 由于VirtualLab的相对坐标系统,则仅需设置z方向的距离。 R'R LF =  
 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。 lx9tUTaus/  
uNnx i  
反射光束整形系统的3D视图 1.\|,$  
t\LAotTF/  
;/gH6Z?  
9W{`$30  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 %|mRib|<C  
 绿线表示生成的光轴,由VirtualLab的基础定位方法生成(仅仅设置了距离z和倾角)。 8W' ,T  
<vS J< WY  
详述案例 l)y$c}U  
)Los\6PRn  
模拟和结果 bvdAOvxChW  
ul[edp_  
结果:3D系统光线扫描分析 .xJW=G{/  
 首先,应用光线追迹研究光通过光学系统。 tXj28sh$  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。  CZ&VP%  
\hGo D  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd ,\*PpcU  
3I0=^ >A  
使用参数耦合来设置系统 A gKG>%0  
kmHIU}Z  
自由参数: bvyX(^I[q  
 反射镜1后y方向的光束半径 TI '(  
 反射镜2后的光束半径 E"LSM]^^<f  
 视场角,这决定了离轴取向(这些值保存为全局变量) jSMvZJX3n  
 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。 r![RRa^  
 对于此计算,应用了嵌入的参数耦合功能。 r!Ujy .R  
8r"$o1!  
_86pbr9  
[UO?L2$&  
OVr, {[r  
#i$/qk= N  
自由参数: |#<PI9)`  
 反射镜1后y方向的光束半径 J:s^F n  
 反射镜2后的光束半径 qs\ O(K8  
 视场角,这决定了离轴取向(这些值保存为全局变量) )$18a  
 基于光束发散角和直径(x和y方向)焦点,可以计算并设置反射镜的直径和距离z。 AhjK*nJF  
)b<-=VR  
 如果这个例子评估20个参数,那么返回到光路图(LPD)。 _ _x2xtrH  
=HJ)!(  
"Mt4~vy  
结果:使用GFT+进行光束整形 r{DR$jD  
`[T|Ck5  
C>%2'S^.b  
c%2C\UB  
 现在,利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 qJq49}2  
8Ar5^.k  
 由于离轴设置,光线分布显示出轻微的不对称形状。 Jjt'R`t%t  
sW/^82(dM  
 不过,场分布几乎是对称的(最好是使用伪色(false colors))。 }9n{E-bj*  
tvNh@it:F  
 产生的相位是完全平坦的,产生的波前误差: r;3{%S._  
\0 &7^  
CD$0Z  
<b0;Nf   
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd  _N`:NOM  
3GEI)!  
结果:评估光束参数 S}=d74(/n  
G8}w|'0m  
 从生成的整形光束场分布,可以评估光束参数。 可以直接通过使用探测器界面实现。 J%|!KQl  
 在这个例子中,我们对光束半径,发散角和M2值感兴趣。 _g+^jR4  
)vH6N_  
, sEu[m  
 整形光束在x和y方向上显示了一个几乎相同的半径。 发散角大约是4urad。 5<o8prt B  
 M2值明显高于1。(与理想高斯光束相比,高M2值是由光束偏离引起的) Cx>iSx  
D&5>Op4U  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd Wn*>h'R  
4k9O6  
光束质量优化 5GD6%{\O  
}?f%cRT$  
 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。 F+.:Ry FS  
 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)。
!Pnvqgp/  
c_#\'yeW  
结果:光束质量优化 0@w8,x  
BR1oE3in  
 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。 Q+e|;Mj  
ImJ2tz6  
xf1@mi[a  
x1['+!01  
 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。) e1'<;;; L  
7P}&<;5zD  
)4oTA@wR  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd  /[f9Z:>V  
c(@V t&gE  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 Kyy CS>  
H38ODWO3  
 对于公差,在随机模式下我们使用参数运行特性。 Ktrqrl^IJ  
u<`CkYT  
 这意味着参数变化是的正态 <^j,jX  
'~?\NeO=  
C3|(XChqC  
   JTu^p]os?  
 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。 zZ3Ko3L%g_  
这意味着,波前对对齐误差很敏感。 Hm=!;xAFX  
0pP;[7k\  
BElVkb  
`TNW LD@Z  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run --SlxV/x  
k@1\ULo  
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) J!sIxwF  
jOs&E^">&B  
DyiyH%SSD  
(8C ,"Dc[0  
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。 Y*-#yG9  
,v;P@RL|g  
总结 FX QUj&9  
vu^ '+ky  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 }:UNL^e?  
1.模拟 I f9t^T#  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 )l}Gwd]h  
2.研究 D+Osz  
为了计算场分布和评价光束参数,应用几何场追迹+(GFT+)引擎。 T%kr&XsQX  
3.优化 sqkk 4w1#C  
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。 }?zy*yL  
4.分析 U~krv> I  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 p<#WueR[  
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。 %5|awWo_?  
> sW9n[  
参考文献 qKX3Npw  
[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). _U%a`%tU.  
@.Pd3CB0  
进一步阅读  QKW;r  
pWY $aI  
进一步阅读 FsI51@V72Q  
 获得入门视频 d{?X:*F  
- 介绍光路图 wO6 D\#  
- 介绍参数运行 37Z@a!#  
 关于案例的文档 V=%j ]`Os  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens 6?an._ C  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens #*QnO\.  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing X 4\  
- 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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