[分享]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） q6,xsO,+  
p;'vOb  
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 k20H|@g2  
sG}9l1  
m+!%+S1  
qH(2 0Z!  
简述案例 q&wMp{  
N1SRnJu<f  
系统详情 w"Z>F]YZ  
 光源 3b_#xr-  
- 强象散VIS激光二极管 ROfmAc  
 元件 1n5&PNu  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） jALo;PDJ  
- 具有高斯振幅调制的光阑 kiECJ@5p  
 探测器 ^X?[zc GE  
- 光线可视化（3D显示） oW8[2$_N+  
- 波前差探测 ES+&e/G"ds  
- 场分布和相位计算 Z@*Z@]
FC  
- 光束参数（M2值，发散角） 
\2LC
pN  
 模拟/设计 a@X'oV`(2b  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 ,`w
xXU7
 
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： ~7=,)Q  
 分析和优化整形光束质量 wgufk{:  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 =GpLlJ`-  
4C2 Dwj  
系统说明 *r_.o;6  
E6G^?k~q  
%:/;R_  
模拟和设计结果 FJD*A`a  
fY `A

 
数值探测器结果 DnTM#i:  
PF+`3  
|[V(u  
IEA[]eik>  
B[*i}k%i  
总结 ,rN7X<s54  
u|Ai<2b$  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 [IYs4Y5  
1.模拟 Xu T|vh  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 {<i!Pm  
2.评估 +I')>6  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 C/cyqxVl}  
3.优化 ;S%wPXj&  
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。 $51#xe  
4.分析 E6US  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 @3G3l|~>  
N0XGW_f  
对于复杂的光束整形装置，特别是离轴系统，可以使用VirtualLab来进行高效的模拟和分析。模拟过程中，根据情况应用不同的模拟引擎。 kn<[v;+  
D/)xe:  
详述案例 [m"X*ZF  
&A`QPk8
n  
系统参数 eD/?$@y  

b :+ X3  
案例的内容和目标 "
#OmmU<U  
=l\D7s  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 59)PJ0E  
%URyGS]*  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 oi!E v_h  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 BvYJ!Vj  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 vu1:8j  
CR_A{(  
模拟任务：反射光束整形设置 `,|7X]%b  
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。 @Wv*`  
n.T [a  

Io:xG6yG  
D]0#A|nF  
t4Z.b 5g  
y<gmp
 
规格：像散激光光束 TcqqAc   
y
cH=L8  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 V^Nc0r   
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 R` N-^x  
s5[ Cr"q7B  
} o=g)  
?>w%Lg{L}  
Y/4B*>kl  
J"z8olV  
规格：柱形抛物面反射镜 mO\6B7V!  
                         Hu;#uAnxQ  
 有抛物面曲率的圆柱镜 |+[bKqI5  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 =A,i9Z&  
 曲率半径等于焦距的两倍 {>~|xW  
.NPai4V'  
jKtbGVZ7r  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） !]"T`^5,Y  
9iv!+(ni  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 b,!h[  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） %II |;<  
 离轴角决定了截切区域 \ET7  
{% ;tN`{M  
规格：参数概述（12° x 46°光束）
Z*oGVr g  
3n,F5?!m  
   X09&S4  
gXF.e.uU  
光束整形装置的光路图 PsTwJLY   
x&kF;UC  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 e\)PGjSI  
 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。 b>o38(  
K)&AR*Tc  
反射光束整形系统的3D视图 ;ASlsUE\)  
`"  
D VC};  
a*o=,!  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 T[c;},  
 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）。 7q(RQQp  
[t>}M6?R:  
详述案例 %SIbpk%  
jy6% CSWQ  
模拟和结果 6)Kg!.n%f  
lh .p`^v  
结果：3D系统光线扫描分析 ?a(ApD\  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 &,bJ]J)8O  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 KecRjon~  
;Q\Duj  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd 3>-^/  
c!j$-Ovm  
使用参数耦合来设置系统 S\mh{#Lpk  
3Ju<jX
oo!  
](B+ilr   
自由参数： ^ @sg{_.~l  
 反射镜1后y方向的光束半径 <AzvVSA,  
 反射镜2后的光束半径 %[5hTf  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量）
8I`>tY  
 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。 LG@5Z-  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 EW|bs#l  
PjDYdT[  
>DPC}@Wl  
m{;2!  
&h')snp:#  
+Y6=;*j$  
TU^UR}=lP  
自由参数： A-qdTJP  
 反射镜1后y方向的光束半径 gm(`SC?a  
 反射镜2后的光束半径 yd'>Mw  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） G-~+FnUC  
 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。 R8sj>.I9j  
g>cp;co9g  
}[\l$sS  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 bU7n1pzW,o  
P|l62!m<  
1=}+NK!  
结果：使用GFT+进行光束整形 u%}zLwMH  
!Qy%sY  
wL\OAM6R  
zT 9"B  
JgEPzHgx  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 !g'kWE[  
'H0uvvhOp  
*?:V)!.2z  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 -c{O!z6sX  
\C#XKk$OE  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 ;p)RMRMg  
B<%cqz@  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： N2#Wyt8MC  
GHWi
,' mr  
V:s$V.{!  
"wy|gnQJ  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd zmB6Y t  
&{-r 5d23  
结果：评估光束参数 Jz
<-B  
NwP!.  
B:J([@\'  
 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。 piULIZ0  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。 H65><38X/  
5$$Yce=k  
qQ6rF nA  
 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。 4z%::?  
 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） T+1:[bqK  
lY -2e>  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd Td(eNe_4T  
Vq-W|<7C=  
光束质量优化 Di)%vU  
1 etl:gcEC  
ua%@Ay1|  
 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。 [J{\Ke0<e1  
 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）。 &YpViC4K.  
!>RDHu2n  
结果：光束质量优化 Is&0h|  
QiKci%=SX  
MD|T4PPz,}  
 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。 A
S5'j  
nQ*9E|Vx  
e%[0
NVo  
K-,4eq!
 
 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。） .bYZkO:oy  
yzyBr1s  
Cf
s2tN  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd UlP2VKM1&  
00SYNG!  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 ^#( B4l!  
8FT]B/^&m  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。  A:b(@'h  
YN]xI  
 B_Ul&V  
 这意味着参数变化是的正态 aC90IJ8^  
~F"<Nq  
Ah2*7@U  
A>\5f
O
 
S4 j5
-  
 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。 DplS\}='s  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 atiyQuT6Wh  
6;:z?Q  
2x5^kN7  
z( \4{Y  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run OI^??joQ  
^/~ZP?%]  
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） XQ3"+M_KG  
Iip%er%b  
#7Fdmnu`  
whi#\>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。 fV#,<JG  
ObPXVqG"?  
总结 ='vD4}"j  
%1oB!+tv  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 {=%,NwPs  
1.模拟 Kpg?' !I  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 6o0}7T%6  
2.研究 !F:ANoaS  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 ,xw1B-dx  
3.优化 **V8a-@  
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。 K'Y/0:"*  
4.分析 <Hf3AB;#4  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 aPdEEqc\l  
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。 ))%f"=:wt  
DaS~bweMw  
参考文献 kzk8b?rOA  
[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). i/.#`  
3D-0 N0o  
进一步阅读 Q7.jSL6  
$Ge0<6/  
进一步阅读 3,'LW}  
 获得入门视频 iEEP~  
- 介绍光路图 a<0q%Ax  
- 介绍参数运行 S{m:Iij[;  
 关于案例的文档 ?edf$-"z/  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens  J8-K  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens RNF%i~nhO  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing ?y-@c]  
- BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair ,\?s=D{  
|<Y~\|  
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QQ：2987619807