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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) ua['rOnU  
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 3:rH1vG.m  
#zcp!WE.OI  
.,K?(O4AY  
简述案例 =GQ?P*x|$  
W 9Z.X!h  
系统详情 G6zFCgFJ^y  
 光源 [)`9euR%  
- 强象散VIS激光二极管 BEM+FG  
 元件 .~ a)  
- 光束准直和整形的反射元件(例如圆柱抛物面镜) Q^v8n1  
- 具有高斯振幅调制的光阑 j\nnx8`7  
 探测器 rbnu:+!  
- 光线可视化(3D显示) FeS6>/  
- 波前差探测 N1Y*IkW"  
- 场分布和相位计算 [Bp[=\  
- 光束参数(M2值,发散角) %Hu Qc^  
 模拟/设计 [&rW+/  
- 光线追迹(Ray Tracing:):基本系统预览和波前差计算 :y'D] ,_  
- 几何场追迹+和经典场追迹(Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing): 2I:vie  
 分析和优化整形光束质量 twx8TQ9  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 "w`f>]YLA  
&L-y1'i=j  
系统说明 \PzC:H  
Z{/C4" F  
^Y xqJy  
模拟和设计结果 gv; =Yhw.c  
0x0.[1mB  
 !+IxPn  
场(强度)分布                                   优化后
数值探测器结果 3Fh<%<=  
qTiUha9  
pi5Al)0  
dH!k {3bL  
b]mRn{r?  
总结 "8Pxf=   
"Q+'lA[}  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 1z~;c|  
1.模拟 6(oGU4  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 Ydmz!CEu  
2.评估 x}1(okc  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 ~sAINV>A  
3.优化 @?K(+BGi  
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。 sEdWBT 8  
4.分析 m0F-[k3)  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 [j}%&$  
.F)b9d[?  
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。 vsoj] R$C  
8ne'x!1 D  
详述案例 %M9^QHyo@  
W1y,.6  
系统参数 622mNY  
v{=-#9-4 &  
案例的内容和目标 I]Wb\&$  
"SyyOD )WA  
在BDS.0001,BDS.0002,BDS.0003和BDS.0004案例中,研究了折射光束传输系统。 VQ<Z`5eV  
"C=HBJdYB5  
pWps-e  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 c.&vWmLSGE  
 之后,研究并优化整形光束的质量。 8c__ U<  
 另外,探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 u|8`=  
;'ts dsu}  
模拟任务:反射光束整形设置 I|9e4EX{y  
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。 C(iA G  
:":W(O  
&J"a`l2  
zK:/ 1  
$z@e19gT  
V%y kHo  
规格:像散激光光束 orzdq  
N4fuV?E`  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 <ze' o.c  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 7GK| A{r  
w=#&(xm0  
Q1&: +7 %  
>PySd"u  
f^%vIB ~[  
3O#7OL68v  
规格:柱形抛物面反射镜 [(btpWxb^  
                         Q `E{Oo,  
 有抛物面曲率的圆柱镜 ~01r c  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 gdCU1D\  
 曲率半径等于焦距的两倍 &,$A7:  
`i{o8l  
'd6hQ4Vw4  
规格:离轴抛物面圆柱镜(楔型) 8`u#tl(  
'Fc&"(!||  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 8<.KWr  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜(楔型) $yCj80m\  
 离轴角决定了截切区域 O=mGL  
%&gx@ \v  
  
规格:参数概述(12° x 46°光束) lc5NC;JR  
;WGY)=-gv  
   Vx0V6{JX  
bQ .y,+  
光束整形装置的光路图 /#,<> EfT  
4 &|9304<H  
cPS!%?}I  
 由于VirtualLab的相对坐标系统,则仅需设置z方向的距离。 8u+ (+25  
 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。 Rf%ver  
~Kb(`Px@  
反射光束整形系统的3D视图 slQKkx \Dn  
n.A  
9d2$F9]:o  
MESQAsx%  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 M6X f}>  
 绿线表示生成的光轴,由VirtualLab的基础定位方法生成(仅仅设置了距离z和倾角)。 Rwy:.)7B$q  
' GW@P  
详述案例 R jAeN#,?  
{'r*Jb0  
模拟和结果 41C=O@9m  
CyXcA;H,.  
结果:3D系统光线扫描分析 mU\$piei  
 首先,应用光线追迹研究光通过光学系统。 A6UtpyS*'  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 <XLATS8Y  
}'X}!_9w>  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd foJ|Q\Z,T  
1MV^~I8Dd  
使用参数耦合来设置系统 m=}kGzIY4  
d+^4 ;Hv4  
自由参数: i&bttSRNV  
 反射镜1后y方向的光束半径 z+\>e~U6J}  
 反射镜2后的光束半径 !.w S+  
 视场角,这决定了离轴取向(这些值保存为全局变量) !*\^-uvaK  
 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。 ?3z x?>sG  
 对于此计算,应用了嵌入的参数耦合功能。 mV4} -  
`/|=eQ")o@  
=o HJ_  
h|-r t15  
(PB|.`_<H  
[%h^qJ  
自由参数: 0<Pe~i_=  
 反射镜1后y方向的光束半径 .#}SK!"B  
 反射镜2后的光束半径 5GRN1Aov<  
 视场角,这决定了离轴取向(这些值保存为全局变量) $ jn tT(V  
 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。 Y}WO`+Vf5  
4^i*1&"  
 如果这个例子评估20个参数,那么返回到光路图(LPD)。 lq9c2xK  
X:!%"K%}  
gT+/CVj R  
结果:使用GFT+进行光束整形 |LjCtm)@+  
:?^(&3;  
woR)E0'qx  
cCj3,s/p  
 现在,利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 dZYS5_wr  
$zbg  
 由于离轴设置,光线分布显示出轻微的不对称形状。 odhgIl&u  
?IWLl  
 不过,场分布几乎是对称的(最好是使用伪色(false colors))。 i&KbzOY  
XH*^#c  
 产生的相位是完全平坦的,产生的波前误差: mee-Qq:}  
n/ 8fv~zU  
o^NQ]BdH8  
9wwvh'T&NK  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd !eO?75/  
ofi']J{R  
结果:评估光束参数 =o-qu^T^u  
>/n/n{{  
 从生成的整形光束场分布,可以评估光束参数。 可以直接通过使用探测器界面实现。 Vw#07P#A  
 在这个例子中,我们对光束半径,发散角和M2值感兴趣。 2Hd6  
|On6?5((e  
c8Opc"UE  
 整形光束在x和y方向上显示了一个几乎相同的半径。 发散角大约是4urad。 |_rj 12.xo  
 M2值明显高于1。(与理想高斯光束相比,高M2值是由光束偏离引起的) m|y]j4  
K0#tg^z5d  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd z/T ZOFaM  
iVl"H@m/  
光束质量优化 IrVeP&KM+  
_Yhpj}KZ  
 通常,使用合适的高斯调制光阑以用于优化M2值。 因此,我们使用测量的半径作为腰束半径(消除发散角)来生成一个高斯光束。 - Z|1@s&  
 之后,将接收场转换成一个透射函数。 将该传输函数用作光阑(在一个透射函数元件中)。
nOB ]?{X  
1jF}g`At  
结果:光束质量优化 ywdNwNJ  
%NBD^g F  
 由于通过高斯孔径传播,光束显示出理想高斯形状。 因此,M2值在两个方向上几乎都是1。 D"Xm9 (  
K0v,d~+]  
2sTyuH .  
{u1t .+  
 然而,光束半径是略有减少。(光束半径显示在最后一张幻灯片是由于其偏离了理想高斯。) ?|L)!LYx  
V&>7i9lEz  
C&SYmYj^c  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd r({(;  
GphG/C (  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 9X(bByEO  
YnMph0\Y^  
 对于公差,在随机模式下我们使用参数运行特性。 F0yh7MItV  
H;CGLis  
 这意味着参数变化是的正态 _Nj;Ni2rD  
+:t1PV;l  
Fivv#4YO  
   Vr^wesT\Hx  
 对于这个例子,假设每个反射镜都有±0.1°的角度偏差(绝对的方向)。 由于这个偏差,整形光束的波前差明显增加。 f+1]#"9i|  
这意味着,波前对对齐误差很敏感。 {P]l{W@li  
3Q#VD)  
7~65@&P>  
wVPq1? 9  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run e^FS/=  
s810714  
第一个随机公差的典型强度分布:(相应的均方根波前差:1.08λ,40.4λ,140λ) ,aN/``j=  
x?%vqg^r  
/yOd]N;$  
dfrq8n]  
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。 -py.Y Z  
kSJWQ  
总结 hZFbiGQr\  
%mq]M  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 @M,_mX  
1.模拟 4j | vzyc  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 ZNUV Bi  
2.研究 5P! ZJ3C  
为了计算场分布和评价光束参数,应用几何场追迹+(GFT+)引擎。 +F/'+  
3.优化 tQ)8HVKF  
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。 kgQEg)A]!x  
4.分析 +-oXW>`&  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 b+C>p2%  
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。 D( _a Xy  
)rXP2Z  
参考文献 $DMeUA\av  
[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). Y,8M[UIK  
F|PYDC  
进一步阅读 s<5t}{x  
:4WwCpgz,  
进一步阅读 W w8[d  
 获得入门视频 qBpY3]/  
- 介绍光路图 uwIZzz  
- 介绍参数运行  =HSE  
 关于案例的文档 (YR] X_  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens ]y(#]Tw\  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens 9(iJ=ao (  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing 7' 6m;b~F  
- 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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