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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) N`|Ab(.  
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 }JpslY*aS  
G(|(y=ck  
xn x1`|1u  
简述案例 qY~$wVY(  
c^[1]'y  
系统详情 ,TfI  
 光源 !>kv.`|7~  
- 强象散VIS激光二极管 X?}GPA4 W  
 元件 M-qxD"VtV=  
- 光束准直和整形的反射元件(例如圆柱抛物面镜) )r6SGlE[Y  
- 具有高斯振幅调制的光阑 2Fp]S a  
 探测器 _F/lY\vm  
- 光线可视化(3D显示) M;TfD  
- 波前差探测 84oW  
- 场分布和相位计算 o YI=p3l  
- 光束参数(M2值,发散角) s*~jvL  
 模拟/设计 9bcyPN  
- 光线追迹(Ray Tracing:):基本系统预览和波前差计算 Hb AMoow!  
- 几何场追迹+和经典场追迹(Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing): M_.,c Vk  
 分析和优化整形光束质量 DneSzqO"o  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 O]%m{afM  
t1{%FJ0F  
系统说明 8.3_Wb(c  
C7 & 6rUX  
W.6 JnYLQ&  
模拟和设计结果 ) }it,<  
I#hg(7|",  
m[Ac'la  
场(强度)分布                                   优化后
数值探测器结果 :mtw}H 'F8  
1q233QSW)  
vyx\N{  
QB|fFj58u  
6RT0\^X*:  
总结 at(p,+ %  
.bBQhf.&"  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 RWPd S  
1.模拟 dV=5_wXZ$  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 d|?(c~  
2.评估 wrb& ta  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 |e[0Qo@  
3.优化 3(GrDO9^  
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。 I7z]%Z  
4.分析 JO^ [@  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 [11-`v0  
8OtUY}R  
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。 n ua8y(W  
56 kgL;$h  
详述案例 e%c5 OZ3~  
~$ qJw?r  
系统参数 N[bf.5T  
-r'seb5  
案例的内容和目标 KJJb^6P48W  
XM@i|AK M0  
在BDS.0001,BDS.0002,BDS.0003和BDS.0004案例中,研究了折射光束传输系统。 2GKU9cV*`  
#bZ=R  
&b6@_C9  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 l5OV!<7~X  
 之后,研究并优化整形光束的质量。 dQ|Ht[ s=  
 另外,探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 C<@1H>S4_  
Z#t)Z "  
模拟任务:反射光束整形设置 ~)8i5p;P/k  
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。 jv=f@:[`I  
/FV6lR!0^  
7>@/*S{X  
m;+1;B  
W#_gvW  
}_/h~D9-T#  
规格:像散激光光束 UpseU8Wo  
P:-/3  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 x&/Syb  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 +Y]*>afG  
V;]VwsZ"  
e27CbA{_w  
8Y~T$Yj^  
UVmyOC[Y{  
)hJjVitG  
规格:柱形抛物面反射镜 DSZhl-uGM  
                         2|>wY%  
 有抛物面曲率的圆柱镜 la|l9N^,  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 L\b_,'I  
 曲率半径等于焦距的两倍 \lIHC{V\  
&`Z)5Ww  
&Wz:-G7<n  
规格:离轴抛物面圆柱镜(楔型) m:O2_%\l  
zp-~'kIJ  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 |Pl{Oo+  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜(楔型) !enz05VW6.  
 离轴角决定了截切区域 s l @6  
HtYR 0J  
  
规格:参数概述(12° x 46°光束) \0T*msYQ  
*xTquV$  
   tUF]f6  
6U9Fa=%>}  
光束整形装置的光路图 Ns8NaD  
c O>:n  
j =%-b]  
 由于VirtualLab的相对坐标系统,则仅需设置z方向的距离。 K5rj!*x.o  
 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。 8B+^vF   
)^#Zg8L  
反射光束整形系统的3D视图 6Q.whV%y  
?o5#Ve$-X  
O|zmDp8a+  
'c(Y")QP  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 6;XpLivP7  
 绿线表示生成的光轴,由VirtualLab的基础定位方法生成(仅仅设置了距离z和倾角)。 i1@gHk  
0M2+?aKif  
详述案例 5<?$/H|7T  
\J&#C(pn  
模拟和结果 Dohe(\C@  
i j;'4GzQL  
结果:3D系统光线扫描分析 9sU,.T  
 首先,应用光线追迹研究光通过光学系统。 7gmMqz"z(>  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 h,?Yw+#o"  
H4A+Dg,  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd Cs=i9.-A  
Bin&:%|9?  
使用参数耦合来设置系统 D|'Z c &  
J uKaRR~  
自由参数: c}s3c >`d  
 反射镜1后y方向的光束半径 ^@"f%3  
 反射镜2后的光束半径 |ema-pRC  
 视场角,这决定了离轴取向(这些值保存为全局变量) vJ}  
 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。 cty#@?"e  
 对于此计算,应用了嵌入的参数耦合功能。 jF85bb$  
5j5t?G;d,  
d}J#wT  
HV(*6b@  
Mn;CG'FA  
481u1  
自由参数: V t;&2v  
 反射镜1后y方向的光束半径 [c )\?MWW  
 反射镜2后的光束半径 !&%bl  
 视场角,这决定了离轴取向(这些值保存为全局变量) A1T;9`E  
 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。 RM$S|y{L  
<)rH8]V  
 如果这个例子评估20个参数,那么返回到光路图(LPD)。 )d Dmq  
IWnW(>V  
 :Xr3 3  
结果:使用GFT+进行光束整形 WLFzLW=PD  
rVmO/Y#Hx$  
oC>~r 1.j  
h0}-1kVT^  
 现在,利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 7@]hu^)rry  
wj~8KHan  
 由于离轴设置,光线分布显示出轻微的不对称形状。 x9s`H)  
R_DQtLI  
 不过,场分布几乎是对称的(最好是使用伪色(false colors))。 f89<o#bm7h  
Mt0|`=64  
 产生的相位是完全平坦的,产生的波前误差: !\v3bOi&  
C.p*mO&N  
:7*\|2zA  
H[U*' 2TJ  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd ePdzQsnVe  
rMloj8O*  
结果:评估光束参数 "E#%x{d  
%&GQ]pmcY  
 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。 xSZw,  
 在这个例子中,我们对光束半径,发散角和M2值感兴趣。 %)]RM/e8  
tJ3s#q6  
dq&d>f1  
 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。 2Ta F7Jn  
 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) EQ-~e   
_bsfM;u.%  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd 2YQ$hL~  
>48Y-w  
光束质量优化 gUQCKNw  
~.tu#Y?  
 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。 B[h9epU]K  
 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)。
c8MNo'h  
\GP c_m:qL  
结果:光束质量优化 q ~lW  
K`3cH6"L6  
 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。 /8R1$7  
:=@[FXD4  
>[U$n.  
yE>DQ *  
 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。) cj)~7 WF  
T@.CwV  
hz|$3*q  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd zQJbZ=5Bu"  
Qfi5fp=f  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 !)]3 @$#  
glpdYg *  
 对于公差,在随机模式下我们使用参数运行特性。 LV0{~g(!%  
TvR2lP  
 这意味着参数变化是的正态 HN! l-z  
<rI~+J]s  
V{r@D!}  
   E}u\{uY  
 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。 @lI/g  
这意味着,波前对对齐误差很敏感。 9S^-qQH3}  
t z{]H9  
?{V[bm  
V RL6F2 >6  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run i%iU_`  
RVe3@|9(G  
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) o2L/8q.  
xXtDGP  
6pse @x?  
y[vjqfdmU  
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。 |V& k1{V  
i F Ab"VA  
总结 |(fWT}tg  
 E=E  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 jZGmTtx  
1.模拟 2iu;7/  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 C~B^sG@;  
2.研究 q$K~BgFzpZ  
为了计算场分布和评价光束参数,应用几何场追迹+(GFT+)引擎。 q0}LfXql8  
3.优化 0=04:.%D  
通过使用显示出高斯整形孔径函数和经典场追迹引擎来优化M2参数。 bCsQWsj^NW  
4.分析 'D bHXS7N  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 L2N/DB'{  
可以使用VirtualLab Fusion非常有效地模拟和分析复杂的光束整形装置,尤其是离轴系统。为此,根据情况应用不同的模拟引擎。 PHoW|K_e  
8LL);"$  
参考文献 ~(c<ioIf  
[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). 0Z\fK>yw  
R~b$7jpd  
进一步阅读 D 6(w}W  
`CV a`%  
进一步阅读 B:l(`G  
 获得入门视频 4-o$OI>  
- 介绍光路图 #Rs7Ieu+  
- 介绍参数运行 nV<YwqK  
 关于案例的文档 ]ba<4:[Go  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens 82$^pg>  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens i9\Pks#l%  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing R_lNC]b0  
- 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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