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) `#?]g!  
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 \m#{ {SGm  
!M}ZK(  
!:Ob3Mq\  
简述案例 k,61Va  
 ?%*p!m  
系统详情 7*>,BhF#  
 光源 yM*_"z!L  
- 强象散VIS激光二极管 0~BZh%s< (  
 元件 |eK^Yhym  
- 光束准直和整形的反射元件(例如圆柱抛物面镜) 7 lu_E.Bv  
- 具有高斯振幅调制的光阑 {Rq5=/b  
 探测器 cToT_Mk  
- 光线可视化(3D显示) e17]{6y  
- 波前差探测 Bw>)gSB5$k  
- 场分布和相位计算 rC6@ ]  
- 光束参数(M2值,发散角) ,6aF~p;wI|  
 模拟/设计 mXI'=Vo!S  
- 光线追迹(Ray Tracing:):基本系统预览和波前差计算 x{S2   
- 几何场追迹+和经典场追迹(Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing): 9yp'-RKjw  
 分析和优化整形光束质量 *2 ~"%"C  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 5C-XQS1  
B?9"Ztb  
系统说明 u<EPK*O*  
=g?k`v p  
T=':$(t  
模拟和设计结果 c]NZG n*  
JG@Zb}b  
;&XC*R+  
场(强度)分布                                   优化后
数值探测器结果 T3PwM2em_`  
V0xO:7G^  
F!P,%Jm I<  
r-,u)zf"  
\pXo~;E\  
总结 + aWcK6  
S}6xkX  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 E+J+fi  
1.模拟 j+Q+.39s-~  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 av~kF  
2.评估 5YLc4z*  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 " :V@AT  
3.优化 ~-'-<-  
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。 s?PB ]Tr  
4.分析 uCc5)  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 oo|Nu+  
czH# ~  
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。 Px&)kEQ  
DS;.)P"  
详述案例 u56F;y  
= VMELk!z  
系统参数 Nt687  
AsR}qqG  
案例的内容和目标 bd[iD?epD]  
b{;LbHq+G  
在BDS.0001,BDS.0002,BDS.0003和BDS.0004案例中,研究了折射光束传输系统。 >]kZ2gVt  
[^gb6W9Y  
iyr<qtwK  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 Pb<6-Jc[  
 之后,研究并优化整形光束的质量。 e^UUR-K%  
 另外,探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 |{La@X  
4)Ew rU  
模拟任务:反射光束整形设置 fJ+4H4K  
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。 hHgH'  
TWdhl9Ot  
3*-!0  
<DhuY/o  
#JR$RH  
%DKC/%  
规格:像散激光光束 jWso'K  
o)8VJ\ &  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 g\H~Y@'{  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 BwVq:)P/R  
B5[As8Sa  
|}@teN^J*U  
d}wE4(]b  
\W|ymV_Ki  
V-18~+F~"a  
规格:柱形抛物面反射镜 E,QD6<?[  
                         B/B`=%~5_^  
 有抛物面曲率的圆柱镜 Nhtc^DX  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 ?gCP"~  
 曲率半径等于焦距的两倍  p4P"U  
z6fY_LL  
1*:BOoYx  
规格:离轴抛物面圆柱镜(楔型) zUWeOR'X  
)"%J~:`h}  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 $|VdGRZ1  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜(楔型) [-^xw1:  
 离轴角决定了截切区域 4wx{i6  
[@NW  
  
规格:参数概述(12° x 46°光束) U"Y/PBs,  
=FQH5iSd  
   %K0Wm#)  
[_*?~  
光束整形装置的光路图 J\Tu=f)  
Q)5V3Q]@^  
kJ)Z{hy  
 由于VirtualLab的相对坐标系统,则仅需设置z方向的距离。 ^~s!*T)\  
 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。 4W=fQx]  
$5DlCN  
反射光束整形系统的3D视图 b]*OGp4]5  
c`oW-K{  
]Mvpec_B  
QFFFxaeJg  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 j%gle%_  
 绿线表示生成的光轴,由VirtualLab的基础定位方法生成(仅仅设置了距离z和倾角)。 3~Ll<8fv  
HT6$|j  
详述案例 NzS`s,N4/0  
.&n! 4F'  
模拟和结果 yoM^6o^,D  
XJ1Bl  
结果:3D系统光线扫描分析 (/ -90u  
 首先,应用光线追迹研究光通过光学系统。 #P {|7}jk  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 EIF  
V14+?L  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd >uFFTik  
PoLk{{l3  
使用参数耦合来设置系统 F:AVik  
+]Ev  
自由参数: 4j zjrG  
 反射镜1后y方向的光束半径 ^_BjO(b'e  
 反射镜2后的光束半径 i;\n\p1  
 视场角,这决定了离轴取向(这些值保存为全局变量) { PS0.UZ  
 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。 `chD*@76I  
 对于此计算,应用了嵌入的参数耦合功能。 At&kW3(  
r6It )PQ  
Q'YakEv >=  
[rz5tfMp  
@S 0mNA  
H%0WD_  
自由参数: szD9z{9"y  
 反射镜1后y方向的光束半径 >` u8(  
 反射镜2后的光束半径 !t?5U_on  
 视场角,这决定了离轴取向(这些值保存为全局变量) }|wC7*^)  
 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。 \uZ1Sl  
>u]9(o7I  
 如果这个例子评估20个参数,那么返回到光路图(LPD)。 WT}x Cni  
lUw=YM  
V`G^Jyj  
结果:使用GFT+进行光束整形 ^?|d< J:{  
&AVX03P  
V7B%o:FZo  
\y+^r|IL  
 现在,利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 Z:diM$Z?7  
ULO_?4}B  
 由于离轴设置,光线分布显示出轻微的不对称形状。 AqH GBH0  
5x!rT&!G  
 不过,场分布几乎是对称的(最好是使用伪色(false colors))。 En4!-pWHQ  
G/_xn5XDD  
 产生的相位是完全平坦的,产生的波前误差: H|/"'t OZ  
/v.<h*hxWy  
`/<f([w  
{ T<[-"h  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd Pfd%[C/vdm  
X]dN1/_  
结果:评估光束参数 #}Bv/`t  
gLlA'`!  
 从生成的整形光束场分布,可以评估光束参数。 可以直接通过使用探测器界面实现。 L]l?_#*x  
 在这个例子中,我们对光束半径,发散角和M2值感兴趣。 5UX-Qqr  
'C@yJf  
-![{Zb@  
 整形光束在x和y方向上显示了一个几乎相同的半径。 发散角大约是4urad。 i8%Z(@_`  
 M2值明显高于1。(与理想高斯光束相比,高M2值是由光束偏离引起的) r4fd@<=g  
n^nQrRIp  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd 5C9 .h:c4y  
4L r,}t A  
光束质量优化 }N:QB}7'_  
{fY(zHC  
 通常,使用合适的高斯调制光阑以用于优化M2值。 因此,我们使用测量的半径作为腰束半径(消除发散角)来生成一个高斯光束。 =w<iYO  
 之后,将接收场转换成一个透射函数。 将该传输函数用作光阑(在一个透射函数元件中)。
#%{  
NOf{Xx<#k  
结果:光束质量优化 %VE FruM  
lB7/oa1]>  
 由于通过高斯孔径传播,光束显示出理想高斯形状。 因此,M2值在两个方向上几乎都是1。 +e#(p<  
\"$q=%vD  
,V)hV@Dk  
8E>2 6@.  
 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。) hMgk+4*  
e~nh95  
Z=l2Po n  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd CY"i|s  
Hi U/fi`  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 IvI;Q0E-3  
u3DFgl3-7  
 对于公差,在随机模式下我们使用参数运行特性。 qat'Vj,  
ebLt:gGo  
 这意味着参数变化是的正态 4$4Tx9C  
SN`L@/I  
yr)e."#S  
   ssmJ?sl  
 对于这个例子,假设每个反射镜都有±0.1°的角度偏差(绝对的方向)。 由于这个偏差,整形光束的波前差明显增加。 (e9hp2m  
这意味着,波前对对齐误差很敏感。 j`_Z`eG  
Djf~8q V!  
S<5.}cR  
T,B%iZgCh  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run K k^!P*#  
3Qp6$m  
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) C*Q x  
,S?:lQuK5  
"AIS6%,  
L>N)[;|  
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。 r%LG>c`^  
Z7Nhb{  
总结 S-brV\v7  
<4^y7]] F  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 #Zn+-Ih  
1.模拟 fUJe{C<H  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 p4K 8L'nZ  
2.研究 - @KT#  
为了计算场分布和评价光束参数,应用几何场追迹+(GFT+)引擎。 luz,z( v  
3.优化 clr]gib  
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。 avqJ[R  
4.分析 zeH=py[n  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 2XeNE[  
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。 Y1BxRd?D  
9y)}-TcSpY  
参考文献 ?MiMwVR  
[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). |~=4Z rcCP  
0JhUncx  
进一步阅读 uW,rmd  
Tn$| Xa+:s  
进一步阅读 sB01 QVx47  
 获得入门视频 O^R ^Aw  
- 介绍光路图 XsMETl"Av4  
- 介绍参数运行 ,qhv(  
 关于案例的文档 /jOug>s  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens ^Ux*"\/Es  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens UZE%!OWpeK  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing > 'JWW*Y!  
- 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