[分享]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） 9.|+KIRb  
b#-5b%ON  
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 ZdE
eY|
j  
0s = h*"[  
ce{GpmW  
,P^pDrc  
简述案例 $Yt29AQ  
#Zpp*S55  
系统详情 AElx #`T  
 光源 &\][:kG;  
- 强象散VIS激光二极管 cL&V2I5O  
 元件 ;T2)nSAqt  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） v]g/ 5qI&  
- 具有高斯振幅调制的光阑 buo_H@@p{s  
 探测器 b=a&!r5M  
- 光线可视化（3D显示） m?-3j65z  
- 波前差探测 KQ3]'2q  
- 场分布和相位计算 c,KT1me  
- 光束参数（M2值，发散角） UYH;15s  
 模拟/设计 S .rT5A[  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 mt7}1s,i[  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： yy4QY%  
 分析和优化整形光束质量 KO(+%>^R  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 9+.0ZP?  
(LPMEQhI:  
系统说明 irCS}Dbw  
v'B++-%  
SN|EWe^  
模拟和设计结果 )W'l^R4W  
1TfK"\  
数值探测器结果 #d%'BUde  
2%N$Y]  
ahkSEE{  
)J8dm'wH92  
W-%oj.BMA  
总结 \pZ,gF;y  
l?~SH[V  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 6\)61o_1|  
1.模拟 $j^Jj  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 (,PO(  
2.评估 \`o+Le+%  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 ,FX;-nP%  
3.优化 1?"vKm  
利用一个具有高斯形状孔径函数的光阑和经典场追迹引擎来优化M2参数。 PygT_-3z{  
4.分析 V'~]b~R  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 7X.rGJZq  
z %` \p  
对于复杂的光束整形装置，特别是离轴系统，可以使用VirtualLab来进行高效的模拟和分析。模拟过程中，根据情况应用不同的模拟引擎。 Nh~ Hh(  
sM
({u/  
详述案例 UiA\J  
.pQH>;k]K  
系统参数 ivC1=+  
J&S$F:HM  
案例的内容和目标 `@ULG>   
+vaz gO<u  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 AD=@  
a ^<W ?Z  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 y%k\=:m  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 )I{41/_YA  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 l]inG^s  
7+JQaYO`"  
模拟任务：反射光束整形设置 S*],18z?  
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。 tYiK#N7  
2V_C_5)1  
^ruS  
Bv \ihUg/  
}N(-e$88  
y.2_5&e/  
规格：像散激光光束 `C`CU?D  
(;P)oB"`C  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 BKfcK>%g  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 |{+D65R  
?`Qw=8]`  
Z; Xg5  
P%f],f  
_Xd,aLoo  
jI(~\`  
规格：柱形抛物面反射镜 *qYcb} ]  
                         /J`8Gk59  
 有抛物面曲率的圆柱镜 iU{bPyz,  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 {MU>5\  
 曲率半径等于焦距的两倍 bKj#HHy\I  
L=3^A'|  
sXOGIv  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） 4%~$A`7  
<splLZW3k  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 7(^<Z5@  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） 9+U%k(9  
 离轴角决定了截切区域 vC[)/w  
xi8RE
@gm  
规格：参数概述（12° x 46°光束）  d_gm'  
pa Uh+"y>  
   Q*Per;%J  
23@e?A=C  
光束整形装置的光路图 2<)63[YO  
=K .'x  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 qCOv4b`  
 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。 a h>k=t8(  
Kc_QxON4  
反射光束整形系统的3D视图 E8J`7sa  
)Yz` 6  
.5|AX6p+^  
kc^Q?-?  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 lidzs<W-fW  
 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）。 d$8rzd  
+u' ?VBv  
详述案例 ~{iBm"4  
&10vdAnBRC  
模拟和结果 1i4KZ"A5+  
sy+1xnz  
结果：3D系统光线扫描分析 Q\&FuU  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 3&_O\nD  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 _JOrGVmD  
\NKf$"x}  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd 5 :6^533]  
R<{bb'  
使用参数耦合来设置系统 9V`/zq?  
"{105&c\  
)+RTA y[k  
自由参数： qEPvV  
 反射镜1后y方向的光束半径 6 /gh_'&  
 反射镜2后的光束半径 SY>i@s+ML  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） zvYkWaa_Qz  
 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。 a_4Ny  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 ))|Wm}  
K#H}=Y A  
9KRHo%m  
 XWV)   
I8@NQ=UV0  
x$d3fsEE  
*T$o"*}  
自由参数： uFOxb}a9v  
 反射镜1后y方向的光束半径 vpcx 1t<  
 反射镜2后的光束半径 ,$EM3   
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） =Ig'Aw$x  
 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。 Iq0_X7:{QI  
vBx*bZ  
akHcN]sa2  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 eU'DQp*  
v]\io# 
 
B =@BYqiY  
结果：使用GFT+进行光束整形 cP%mkh_ri  
A9\m.3jo  
S.rlF1`  
Da*=uW9  
"- S2${  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 8-5MGh0L  
y`wTw/5N  
]J+}WR  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 z=:<]j#=  
3
?SofPtc/  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 T{3C3EE?]  
87P{vf#  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： m6tbN/EJZ  
{.pR$]6B"+  
jOj`S%7  
Yh)yp?  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd Wm$(b2t  
PhW<)B]  
结果：评估光束参数 H$TYp  
#Ki(9oWd  
w|:UTJ>@  
 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。 La9v97H:  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。 w^Qb9vTa8  
2*Hw6@Jj  
a3e<<<Z>R  
 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。 </F@5*  
 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） R+k-mbvnt  
0yr=$F(]s  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd o:B?gDM  
gXN#<g,:^  
光束质量优化 V{@ xhW0  
$~vy,^  
"@U9'rKx  
 通常，使用合适的高斯调制光阑以用于优化M2值。 因此，我们使用测量的半径作为腰束半径（消除发散角）来生成一个高斯光束。 H~E(~fl  
 之后，将接收场转换成一个透射函数。 将该传输函数用作光阑（在一个透射函数元件中）。 }MAQhXI^O|  
P5/K?I~/So  
结果：光束质量优化 48dIh\TH"  
6, \i0y5n  
J.Mj76\_  
 由于通过高斯孔径传播，光束显示出理想高斯形状。 因此，M2值在两个方向上几乎都是1。 Bv_C *vW  
9XWHr/-_@  
m<)0XE6w  
l<5O\?Vo]  
 然而，光束半径是略有减少。（光束半径显示在最后一张幻灯片是由于其偏离了理想高斯。） #R$d6N[H  
08AC9  
"]J4BZD  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd le*mr0a
 
U]j4Izq  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 Jcf'Zw"\  
7uG@hL
36  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 %^s;{aN*!  
csE 9N
s  
"+3p??h%Rq  
 这意味着参数变化是的正态 'U ',9  
nM:e<`r  
YSwAu,$jf  
A5-y+  
fy04/_,q  
 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。 xcdy/J&  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 =g4^tIYq  

RG/M-  
d%_v eVIe  
2|]$hjs  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run Poy ]5:.  
>m='#x0>Y  
第一个随机公差的典型强度分布：（相应的均方根波前差：1.08λ，40.4λ，140λ） Sx)b~*  
=H6"\`W  
`<&RZB2  
tWR>I$O8F  
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。 usEdp  
dr0<K[S_  
总结 $z,lq#zzl  
J'^H@L/E  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 Kp?):6  
1.模拟 gTWl];xja  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 ceBu i8a |  
2.研究 MGpP'G:
v  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 GJz d4kj  
3.优化 vQB;a?)o  
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。 0[ MQp"z  
4.分析 ucP}( $  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 :0G "EM4  
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。 %!%G\nv  
t mAj  
参考文献 mh`~1aEr  
[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). u&Q2/Y  
[=*c8  
进一步阅读 4mR{\ d  
ufF$7@(+  
进一步阅读 WE\@ArY>  
 获得入门视频 lc1?V
d$  
- 介绍光路图 D?;8bI%"  
- 介绍参数运行 2u 8z>/G  
 关于案例的文档 )]x/MC:9r  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens /V@~Vlww  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens }T=0]u4,  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing 2eErvfC[  
- BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair R3+y*<<e  
4AdZN5  
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QQ：2987619807