[分享]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） /S~ =qodS  
~>0H k}Hv  
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 V=1zk-XC  
W|0))5a  
W*(- *\1[  
k w   
简述案例 ` ` Yk  
Ar?ZUASJ  
系统详情 ! jDopE0L  
 光源 Zvfy%k   
- 强象散VIS激光二极管 d`5AQfL&  
 元件 R@_3?Z!W=  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） R4k+.hR  
- 具有高斯振幅调制的光阑 LH`2Y,E  
 探测器 GM)q\Hx{  
- 光线可视化（3D显示） /PR4ILed  
- 波前差探测 %Kp^wf#o9  
- 场分布和相位计算 Pq(LW(  
- 光束参数（M2值，发散角） !V/7q'&t=  
 模拟/设计 ke<5]&x  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 7&%#bMnw  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： vW?/:  
 分析和优化整形光束质量 R1%J6wZq  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 7(^F@,,@  
:!?Fq/!  
系统说明 !g=b=YK  
V+l7W  
ocUBSK|K)  
模拟和设计结果 &0%B
3  
Vw`Q:qo0:b  
数值探测器结果 W_3BL]^=  
?gvu E1  
_RZ"WA^[  
|m@>AbR5dk  
kDM?`(r  
总结 l]&x~K}  
.4$F~!aj9  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 w8J8III\~  
1.模拟 H/;AlN|!  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 Xrpvq(]  
2.评估 p1HbD`ST  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 8$ #z>  
3.优化 qcQq.cS_'N  
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。 ];b+f@  
4.分析 $MfRw
  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 KMQPA>w#  
DUF$-'A  
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。 u!F\`Gfm_  
bz~aj}"`  
详述案例 EN}XIa>R  
e-\/1N84  
系统参数 $% gz,{  
@M'qi=s*  
案例的内容和目标 CQrP%}`r  
ozl!vf# kv  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 y c 8h}`  
+*Uv+oC|  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 Y"yrc0'&T  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 Ck"db30.  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 D<<q5gG  
G#6Z@|kVw  
模拟任务：反射光束整形设置 -!li,&,A1  
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。 IXR'JZ?f
H  
\+l_H4\`K  
cx&\oP  

M7 kWJ  
s@y;b0
$gk  
GU/-L<g  
规格：像散激光光束 oayu*a.  
ki/Cpfq40*  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 8c_X`0jy  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 3G2iRr.o  
^Qn:#O9  
r3-<~k-  
t*A[v  
IA[:-2_  
k*\)z\f  
规格：柱形抛物面反射镜 9&`";
dg  
                         ;FF+uK  
 有抛物面曲率的圆柱镜 $ Y^0l  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 #d/T7c#  
 曲率半径等于焦距的两倍 ,R3
TFVV!?  
[?O4l`  
/
#rH18  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） M+HhTW;I=  
>D}|'.&  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 ]*lZFP~  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） 6akI5\b  
 离轴角决定了截切区域 )Ho"b  
4dLnX3 v  
规格：参数概述（12° x 46°光束） BT_XqO  
{2D|,yH=  
   d!Gy#<H  
gH\>",[  
光束整形装置的光路图 B, H9EX  
udBIEW,`  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 "Y&   
 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。 '-[hy>t  
q5z^y(Sv  
反射光束整形系统的3D视图 YZSQOLN{  
Vw
h;QJxb  
?CC.xE  
&ni#(  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 g}gGm[1SUo  
 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）。 7Hgn/b[?b  
6-TYOUm  
详述案例 H.'9]*  
z>,M@@  
模拟和结果 I2*(v%.-  
7iwck.*  
结果：3D系统光线扫描分析 ~_ZK93o(  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 SOM? 0.  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 bn8maYUZ  
/#(IV_Eol  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd /Wjc\n$'  
{k-_+#W"  
使用参数耦合来设置系统 ]Sa#g&}T>  
}zsIp,  
fKqr$59>  
自由参数： YI"!&a'yj  
 反射镜1后y方向的光束半径 0Ui_Trlc  
 反射镜2后的光束半径 ex1!7A!}g  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） V4ePYud;^  
 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。 .PVYYhrt
 
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 gT$WG$^i  
W)/f5[L  
d v[.u{#tP  
*GBV[D[G,  
O TlqJ  
:f39)g5>  
)e`9U.C  
自由参数： r0lI&25
w  
 反射镜1后y方向的光束半径 7qO
kv1.}0  
 反射镜2后的光束半径 wbKJ:eWgt  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） wzd(=*N  
 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。 "N=$=Dy>  
`^hA&/1  
y] D\i5Xv  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 2#lpIj  
]w;t0Bk  
3!gz^[!?EN  
结果：使用GFT+进行光束整形 N~C
Qh=<  
C
kNR{?S  
.[]S!@+%  
_rIo @v  
I5l%X{u"N  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 ~(XaXu  
$fD%18  
.*njgAq7  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 .`+~mQ Wn  
; I-6H5
  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 OhCdBO  
U= f9b]Y  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： ?;`GCE  
>W-xDzJry  
!J#P'x0  
_[-MyUs  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd jFe8s@7  
|g^YD;9s.  
结果：评估光束参数 f:
~G)  
K g#Bg##  
RxJbQs$Ph  
 从生成的整形光束场分布，可以评估光束参数。 可以直接通过使用探测器界面实现。 hf9i%,J  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。 Y_ne?/sZE  
C za}cF  
XBCHJj]k  
 整形光束在x和y方向上显示了一个几乎相同的半径。 发散角大约是4urad。 ;r"r1'a+@  
 M2值明显高于1。（与理想高斯光束相比，高M2值是由光束偏离引起的） uIO,9> ee  
tg#jjXV\0p  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd ;0oL*d[1Z  
|&WYu,QQ4  
光束质量优化 GiuE\J9i  
'h6G"=+  
86-Rm  
 通常，使用合适的高斯调制光阑以用于优化M2值。 因此，我们使用测量的半径作为腰束半径（消除发散角）来生成一个高斯光束。 ^i_v\E[QU  
 之后，将接收场转换成一个透射函数。 将该传输函数用作光阑（在一个透射函数元件中）。 "A~dt5GJ  
~Uv#)  
结果：光束质量优化 2'M5+[8y8  
i7h^L)M  
!\%JOf}  
 由于通过高斯孔径传播，光束显示出理想高斯形状。 因此，M2值在两个方向上几乎都是1。 H'YKj'  
8w[O%  
ETL7|C"  
Eb9h9sjv  
 然而，光束半径是略有减少。（光束半径显示在最后一张幻灯片是由于其偏离了理想高斯。） ]
6`K  
-nC&t
~sD  
@Nh}^D >j  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd }6%\/d1~ 6  
Sft vN-  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 PV"\9OIKb.  
LXby(|<j  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 =GP L>a&  
X4hz\={  
<BBzv-?D  
 这意味着参数变化是的正态 &glh >9:G  
Y_y!$jd(N  
{N{eOa<HA  
Rh"O$K~  
!F}GSDDV*  
 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。 Q!IqvmO  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 ;rL1[qwk  
dT7fyn  
MNe/H\  
xV14Y9  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run R-ek O7z  
wY\,b*x  
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） *(r9c(xa  
Y+23 jlgb  
sXP
va@8_  
}eZ\~2  
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。 4pXY7+e2'  
Q/Z>w+zh#  
总结 b+whZtNk7  
_IU5HT}2  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 TeZu*c  
1.模拟 ^hZ0"c  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 1qn/*9W}=  
2.研究 5 8;OTDR!  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 (Lz|o!>  
3.优化 V[WZ#u-p  
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。 p(GI0
2|n  
4.分析 X~o;jJC  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 b9?Vpu`?  
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。 GGHeC/4  
pl,XS6mB  
参考文献 n?OMfx  
[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). [=cbzmX[  
X[<#B5  
进一步阅读 dly -mPmP  
.7Qqs=Au  
进一步阅读 2,I]H'}^  
 获得入门视频 0VJHE~Bgi  
- 介绍光路图 4n(w{W>  
- 介绍参数运行 @ kv~2m  
 关于案例的文档 wQrD(Dv(yA  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens ^03M~SNCj  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens 3bR 6Y[  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing fK5iOj'Q  
- BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair D*q:XO6b  
FfibR\dhY  
f4+}k GJN  
QQ：2987619807