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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) +bA%  
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 _Mk7U@j+9  
X^s2BW  
a~PK pw2%  
简述案例 Io  n~  
X(@uwX$m  
系统详情 D`[Khsf  
 光源 Fh8lmOL;?  
- 强象散VIS激光二极管 NI aFI(  
 元件 t$J.+}}I  
- 光束准直和整形的反射元件(例如圆柱抛物面镜) = &tmP  
- 具有高斯振幅调制的光阑 %eg+F  
 探测器 #wY0D_3@1  
- 光线可视化(3D显示) 7f3O  
- 波前差探测 L\%orLEmK  
- 场分布和相位计算 %<0eA`F4  
- 光束参数(M2值,发散角) k&/OU:7Y  
 模拟/设计 "%qzj93>  
- 光线追迹(Ray Tracing:):基本系统预览和波前差计算 :e<7d8E5n{  
- 几何场追迹+和经典场追迹(Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing): ea'&xs#GK  
 分析和优化整形光束质量 i/H+xrCK  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 eJ0?=u!x  
3djC;*,9,  
系统说明 A\fb<  
9QQyl\  
z^<L(/rg9"  
模拟和设计结果 .,0bE  
q_kdCO{:df  
,m_WR7!$E  
场(强度)分布                                   优化后
数值探测器结果 99xEm  
X5LBEOG  
bi[IqU!9  
6eFp8bANN#  
Fqy\CMC  
总结 ,:LA.o}h  
ag-f{UsTy  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 @$9'@")  
1.模拟 T*g:# ^4  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 1y#D?R=E  
2.评估 6;'dUGvH  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 Fz#X= gmG  
3.优化 _{<seA  
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。 PHOP%hI $  
4.分析 zk-.u}RBFG  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 R;,g1m|]  
v6.t{6zYgY  
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。 SZaS;hhhHu  
R^?/' dr  
详述案例 $odso;Hn  
86]p#n_>Fv  
系统参数 .p0Clr!  
h/?l4iR*  
案例的内容和目标 7X@mSXis  
ZKHG!`X0  
在BDS.0001,BDS.0002,BDS.0003和BDS.0004案例中,研究了折射光束传输系统。 (e(:P~Ry  
P3$Q&^?  
8NyJc"T<.  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 }PTV] q%  
 之后,研究并优化整形光束的质量。 {|I;YDA  
 另外,探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 _SW3_8SuM.  
%_!bRo  
模拟任务:反射光束整形设置 UMAgA!s  
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。 2hzsKkrA {  
_ODbY;M  
~e6Brq  
4R18A=X  
'!/<P"5t  
UQ{L{H   
规格:像散激光光束 ^#-nE7  
qkiI/nH3  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 ,l<6GB2\  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 gNt(,_]ZR  
RzWXKBI\E]  
;q*e=[_DF  
(1#J%  
/`mks1:pK  
s&RVJX>Rt  
规格:柱形抛物面反射镜 C.FI~Z  
                          4^M  
 有抛物面曲率的圆柱镜 )jt #=9ZQ  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 O#F4WWF  
 曲率半径等于焦距的两倍 x QIq^/F0  
tCdqh-   
gP;&e:/3  
规格:离轴抛物面圆柱镜(楔型) 1fpQLaT  
EM[WK+9>I{  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 8uWa=C)  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜(楔型) [PDNwh0g5  
 离轴角决定了截切区域 ))"6ern  
9b9$GyI  
  
规格:参数概述(12° x 46°光束) [Al&  
Le\?+h42>  
   h2XfC. f  
"thdPZ  
光束整形装置的光路图 ]"?)Z  
oM>Z;QVRC:  
5yP\I+Fm  
 由于VirtualLab的相对坐标系统,则仅需设置z方向的距离。  |'B7v i)  
 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。 i%0ur}p  
a6uJYhS~  
反射光束整形系统的3D视图 9po3m]|zy  
-w"VK|SGm  
lE4HM$p   
wY[+ZT  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 7t0e r'VC  
 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)。 @X#F3;  
iMDM1}b  
详述案例 NgP&.39U  
z?R|Ok  
模拟和结果 `u&Rsz&^  
vVFy*#I#_[  
结果:3D系统光线扫描分析 U_I5fK =  
 首先,应用光线追迹研究光通过光学系统。 |xdsl,  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 6\q]rfQ  
"W955?4m  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd Yfzl%wc  
wNpTM8rfU#  
使用参数耦合来设置系统 7`DBS^O]dG  
H[U!%Z  
自由参数: 5>D>% iaHv  
 反射镜1后y方向的光束半径 $Avjnm  
 反射镜2后的光束半径 ?kbiMs1;u  
 视场角,这决定了离轴取向(这些值保存为全局变量) KUlp"{a`,K  
 由于功能原理,所有系统参数(距离,焦距,直径)可以由光束参数分析计算。 f'EuY17w  
 对于此计算,应用了嵌入的参数耦合功能。 Lr~=^{  
a%/9v"}  
42$VhdG  
5YeM%%-S  
 3KlbP  
Whm,F^  
自由参数: q_A!'sm@)  
 反射镜1后y方向的光束半径 vqDu(6!2  
 反射镜2后的光束半径 P3+5?.p.  
 视场角,这决定了离轴取向(这些值保存为全局变量) R{<kW9!  
 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。 1WxK#c-)  
S2sQOM@  
 如果这个例子评估20个参数,那么返回到光路图(LPD)。 _=F=`xu  
!Qu"BF   
{?}E^5Z*g  
结果:使用GFT+进行光束整形 R3gdLa.  
r!_-"~`7E  
p6>Svcc  
`T@i.'X  
 现在,利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 4'/nax$Bx;  
i&bA2p3+d  
 由于离轴设置,光线分布显示出轻微的不对称形状。 ZxGJzakB5$  
tdBm (CsN  
 不过,场分布几乎是对称的(最好是使用伪色(false colors))。 M?Y;a5{  
'3 /4?wi  
 产生的相位是完全平坦的,产生的波前误差: AG`L64B  
x<tb  
46_xyz3+  
wh$sn:J  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd [B\h$IcRv  
2=,lcWr  
结果:评估光束参数 K[YI4pt7  
jS]ru-5.  
 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。 ]b2pG'  
 在这个例子中,我们对光束半径,发散角和M2值感兴趣。 :~"CuB/  
nLbFg0?+t  
AVlhNIr  
 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。 fInb[  
 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) 5sj4;w[  
S 6@u@C  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd o4G?nvK-  
Yb|c\[ %  
光束质量优化 ]sf7{lVT  
?GKb7Oj  
 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。 xgVeN["  
 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)。
\ub7`01  
Y2N>HK0  
结果:光束质量优化 u^@f&BIG]:  
vYwYQG  
 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。 :;t:H] f  
"jeb%k  
0fb2;&pUa  
EizKoHI-z  
 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。) u_w#gjiC  
DU0zez I9  
PS)4 I&;U  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd \tf <B\oa  
9vuyv*-}e  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 fiK6@,  
,k +IPkN+  
 对于公差,在随机模式下我们使用参数运行特性。 hci6P>h<ia  
>N^Jj:~l  
 这意味着参数变化是的正态 lHN5Dr  
cvn@/qBq*t  
B]nEkO'a:  
   BRw .]&/  
 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。 yZ0-wI  
这意味着,波前对对齐误差很敏感。 jD$,.AVvz  
=_.l8IYX$%  
f(>p=%=O  
NW~N}5T  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run NO*u9YH?  
v [wb~uw\  
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) 7x"R3  
nHM~  
? ^0:3$La  
\\iQEy<i  
由于波前差和因此校准的偏差更大,M2值明显增加。可以使用高斯孔径来减少。 EaO6[E  
Lu?C-$a C  
总结 k KaE=H-x  
{3|t;ZHk  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 @x*c1%wg  
1.模拟 u4t7Ie*Q  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 {c6=<Kv  
2.研究 td(li.,  
为了计算场分布和评价光束参数,应用几何场追迹+(GFT+)引擎。 %R}qg6dL  
3.优化 "M<8UE\n  
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。 JA %J$d  
4.分析 Y@;CF  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 &W| [r(  
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。 a!zz6/q[  
vNyf64)  
参考文献 m]'#t)B_m  
[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). cVXLKO  
@CpfP;*{w`  
进一步阅读 =mO vs  
vk}n,ecl  
进一步阅读 d2*fLEsF  
 获得入门视频 JgxtlYjl  
- 介绍光路图 MUaq7B_>  
- 介绍参数运行 >@U*~Nz  
 关于案例的文档 tZ]?^_Y1  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens !44/sr'  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens n4O]8C'lW9  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing 4-l 8,@9  
- 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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