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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) >Mj :'  
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 )`F? {Sg  
6[wej$ u  
/ivt8Uiw  
简述案例 ##Z:/SU  
j+]>x]c0  
系统详情 qd~)Ya1  
 光源 [Av87!kJ!X  
- 强象散VIS激光二极管 (`GO@  
 元件 xB]~%nC[O  
- 光束准直和整形的反射元件(例如圆柱抛物面镜) QW6F24  
- 具有高斯振幅调制的光阑 (FbqKx'uq  
 探测器 #tN)OZA  
- 光线可视化(3D显示) QX ishHk&  
- 波前差探测 R!W!8rr3  
- 场分布和相位计算 c.m ' %4  
- 光束参数(M2值,发散角) ] M "{=z  
 模拟/设计 jIK *psaV  
- 光线追迹(Ray Tracing:):基本系统预览和波前差计算 [%YA42_`LD  
- 几何场追迹+和经典场追迹(Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing): :N\*;>  
 分析和优化整形光束质量 ,d)!&y  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 8HX(1nNj}  
.a:"B\B`  
系统说明 Xw`vf7z*  
=#^%; 66z  
yU\&\fD>j  
模拟和设计结果 +c/am``  
cbsy&U  
T=:O(R1*0  
场(强度)分布                                   优化后
数值探测器结果 E{^*^+c"h  
}DxXt  
lDe9(5|)Q  
}+#-\a2  
$Eg|Qc-1  
总结 'Z+w\0}@  
,IA0n79  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 PH9MB  
1.模拟 3^q,'!PfB  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。  "@Bc eD  
2.评估 ?}m/Q"!1  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 6LL/wemq  
3.优化 gH Q[D|zu  
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。 LVq3 R 8A  
4.分析 I.Co8is  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 bRJYw6oA<  
W tnZF]1:u  
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。 1 <.I2\^  
\U4O*lq  
详述案例 A@j;H|  
[5:,+i  
系统参数 &1%W-&bc6  
6%JKY+n^  
案例的内容和目标 f*Xonb  
N $M#3Y;  
在BDS.0001,BDS.0002,BDS.0003和BDS.0004案例中,研究了折射光束传输系统。 /gL(40  
ElZ'/l*\  
F}DdErd!f  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 vpFN{UfD  
 之后,研究并优化整形光束的质量。 $/}*HWVZ  
 另外,探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 VE& ?Zd~  
'v* =}k  
模拟任务:反射光束整形设置 ^5qX+!3r{  
引入的反射光束整形装置是基于一个反射镜系统,此系统由两个抛物面圆柱反射镜镜与抛物面截面反射镜组成。焦点距离和镜子的位置取决于输入光束的发散角。 *SzP7]1m  
>1`FR w<  
SGZOfTcY  
[Oxmg?W  
sT[)r]`T  
RU,f|hB 4  
规格:像散激光光束 1Z'cL~9  
k sJz44  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 m( C7Fa  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动  02Ur'|  
T[N:X0  
>T%Jlj3ZG  
%RL\t5 TV  
6i( V+  
fa=#S  
规格:柱形抛物面反射镜 3%/]y=rA  
                         /wK5YN.em  
 有抛物面曲率的圆柱镜 j2cLb  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 U u(ysN4`  
 曲率半径等于焦距的两倍 KwN o/x| v  
&32qv` V_  
4;M  
规格:离轴抛物面圆柱镜(楔型) W,`u5gbT  
! W$ u~z  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 Gnj;=f  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜(楔型) jC*(ZF1B  
 离轴角决定了截切区域 Cnd*%CPZ  
CM>/b3nOW  
  
规格:参数概述(12° x 46°光束) g (33h2"  
 @zEEX9U  
   AU}lKq7%  
i)1E[jc{p!  
光束整形装置的光路图 U> (5J,G  
5>t&)g  
q =b.!AZy  
 由于VirtualLab的相对坐标系统,则仅需设置z方向的距离。 2}'qu)  
 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。 |H2{%!  
n4 KiC!*i0  
反射光束整形系统的3D视图 Bg-C:Ok 2'  
- DlKFN  
Z_iu^ Q  
Q`7!~qV0=  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 [zm&}$nnN  
 绿线表示生成的光轴,由VirtualLab的基础定位方法生成(仅仅设置了距离z和倾角)。 R)I 8 )  
ndOPD]A'  
详述案例 [@";\C_I  
#KXazZu"  
模拟和结果 1T%Y:0  
X;w1@4!  
结果:3D系统光线扫描分析 % rdW:  
 首先,应用光线追迹研究光通过光学系统。 v>c[wg9P  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 ?#qA>:2,  
@ ~ N:F~  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd S&6}9r  
b5_A*-s$M  
使用参数耦合来设置系统 UQ$dO2^  
DGC -`z  
自由参数: V8NJ0fF  
 反射镜1后y方向的光束半径 j^1T3 +  
 反射镜2后的光束半径 r4gkSwy  
 视场角,这决定了离轴取向(这些值保存为全局变量) `Vw9j,G  
 由于功能原理,所有系统参数(距离,焦距,直径)可以由光束参数分析计算。 'P)xY-15  
 对于此计算,应用了嵌入的参数耦合功能。 j+*VP  
V(L~t=k$  
Eof1sTpA  
=gGK243  
* <x]gV  
2 L%d,Ta>  
自由参数: 37ll8  
 反射镜1后y方向的光束半径 e[i&2mM  
 反射镜2后的光束半径 FMwT4]y  
 视场角,这决定了离轴取向(这些值保存为全局变量) CHdw>/5  
 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。 !}"npUgE  
E;$t|~ #  
 如果这个例子评估20个参数,那么返回到光路图(LPD)。 b]g}h  
$P^=QN5 Bb  
MCurKT<pQ  
结果:使用GFT+进行光束整形 j*I0]!-  
R=i$*6}a  
MQQiQ 2  
Q&MZ/Nnf  
 现在,利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 Aw4Qm2Kf  
=V"ags   
 由于离轴设置,光线分布显示出轻微的不对称形状。 Cs^o- g!L  
<!y_L5S|   
 不过,场分布几乎是对称的(最好是使用伪色(false colors))。 VDPqI+z  
J%aW^+O  
 产生的相位是完全平坦的,产生的波前误差: 3 cT  
;)83tx /  
F` J(+  
ppR_y  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd 56>Zqtp*  
b=F"  
结果:评估光束参数 pA4/ '7nCl  
*W(b=u  
 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。 bLCrh(<  
 在这个例子中,我们对光束半径,发散角和M2值感兴趣。 ^dZ,Itho  
4J!1$   
klT6?'S  
 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。 5f/[HO)  
 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) 2EG"xA5%  
$]|_xG-6{  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd b7aAP*$  
}=?r`J+Ev;  
光束质量优化 5c{=/}Y  
~ZG>n{Q   
 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。 @*is]d+Ya  
 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)。
A~*Wr+pv  
EIEwrC  
结果:光束质量优化 A |NX"  
|g8 ]WFc  
 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。 [DGq{(O  
Y +HVn0~qz  
0Yfk/}5  
 P/nXY  
 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。) "9LPq  
" 8;D^  
MMhd-B1O&  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd BAX])~_  
i;6\tK"!  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 q/Q^\HTk  
<u4GIi <sm  
 对于公差,在随机模式下我们使用参数运行特性。 "D3JdyO_S  
A javV  
 这意味着参数变化是的正态 Cgq9~U !  
MAJvjgd ..  
CdWGb[uI  
   y"t5%Iv  
 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。 DgClN:Hw  
这意味着,波前对对齐误差很敏感。 Q{>9Dg  
Bw{@YDO{  
&+&^Hc  
~+CNED0z+  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run EnwiE  
[jAhw>  
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) -BEPpwb<g  
n[ba  
!ae@g q'  
QXXcJc~  
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。 *D4H;P#  
M$! 0ikh  
总结 >x!N@G  
p,kJ#I  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 M{~eI  
1.模拟 :^l*_v{  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 "T~Ps$  
2.研究 +|#:*GZ  
为了计算场分布和评价光束参数,应用几何场追迹+(GFT+)引擎。 !my5-f>{(  
3.优化 QL|Vke:N4  
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。 +X Y}-  
4.分析 :Bn\1\  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 HF47Lc*c  
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。 ghms-.:b8  
rWbL_1Eq  
参考文献 {/n$Y|TIQt  
[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). c-M&cU+=L  
9^c_^-8n<}  
进一步阅读 #jDO?Y Sa  
]}'WNy6c&x  
进一步阅读 3%cNePlr  
 获得入门视频 4~o\Os+8  
- 介绍光路图 Gi{1u}-0  
- 介绍参数运行 *&5G+d2  
 关于案例的文档 2<.}]yi  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens Aq";z.gi+  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens JBU qZ  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing #m8Oy|Y9`  
- 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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