[分享]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） O+~ 7l?o  
lfN~A"X  
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 Vj?DA5W`'  
OGO~f;7  
(%_n!ip^  
TDt
Amk  
简述案例 hBU\'.x  
'CR)`G_'[  
系统详情 sJG5/w  
 光源 58V[mlW)O0  
- 强象散VIS激光二极管 b)#Oc,  
 元件 Ts$@s^S]  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） >[10H8~bI/  
- 具有高斯振幅调制的光阑 CC^E_jT  
 探测器 YDC&u8  
- 光线可视化（3D显示） I97yt[,Yy  
- 波前差探测 w ej[+y-  
- 场分布和相位计算 ^|MjJsn  
- 光束参数（M2值，发散角）  vZj`|  
 模拟/设计 @Xp~2@I=ls  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 U/l?>lOD\  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： 1O/ g&u  
 分析和优化整形光束质量 xdvh-%A4  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 tw=oH9c80  
.;7> y7$*  
系统说明 2";SJF'5\  
@`36ku  
I@#;nyAj"  
模拟和设计结果 p[AO' xx  
>slm$~rv  
数值探测器结果 ~]C%/gEh  
Z3TS,a1I4  
3r+.N  
v *-0M  
2d>hi32I
 
总结 7R4z}2F2  
-_C#wtC  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 1BHG'
y  
1.模拟 [BBEEI=|r  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 :#~U<C@o  
2.评估 < 0M:"^f  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 I pzJ#  
3.优化 d?AlI  
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。 l:#-d.z#  
4.分析 Isy'{-H  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 uj>WgU  
(Rt7%{*  
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。 HB+|WW t>  
YOr:sb  
详述案例 ]?O2:X  
j>
uj=B@  
系统参数 7>XDNI  
tGA :[SP  
案例的内容和目标
<JMcIV837  
 qy)_wM  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 $$b 9&mTl#  
&k-Vcrcz  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 xx{!3 F  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 J^R=dT!  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 0Wa}<]:^  
d8-A*W[  
模拟任务：反射光束整形设置 98=wnWX6$  
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。 H~ZV*[A`  
akw,P$i  
.#02 ngh  
}_=eT]  
)i+2X5B`S  
T91moRv  
规格：像散激光光束 3(C\.oRc  
V%$/#sza  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 ;XM{o:1Y[  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 f&v9Q97=  
"-@[R  
Z{&cuo.@<]  
D}8EERb  
Eu"_
MgD  
C8FB:JNJV  
规格：柱形抛物面反射镜 rZ8`sIWQt  
                         p<=$&*  
 有抛物面曲率的圆柱镜 4pw6bK,s2\  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 Q.K,%(^;a  
 曲率半径等于焦距的两倍 =zQN[  
KYzv$oK  
y;/VB,4V  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） YPHS1E?  
H":oNpfb  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 (#+^&1  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型）
boDt`2=  
 离轴角决定了截切区域 x _c[B4Tw  
mI74x3 [  
规格：参数概述（12° x 46°光束） )"Ztlhs`#  
I`NjqyTW  
   p/+a=Yo  

;!(<s,c#:  
光束整形装置的光路图 P.gb1$7<  
sQkhwMg  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 {<<U^<6}  
 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。 |i++0BU  
-Uml_/rd_  
反射光束整形系统的3D视图 / m=HG^!  
x7O-Y~[2  
UX7t`l2R  
'-zD  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 3Z1CWzq(  
 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）。 Kr)a2rZ}SL  
HTG%t/S  
详述案例 FSND>\>  

KCs[/]  
模拟和结果 B_.%i+ZZ  
;+"+3  
结果：3D系统光线扫描分析 % >=!p  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 ]
q4rlT.i  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 @;"|@!l|  
<7~'; K  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd 3W N@J6?  
7Op>i,HZk\  
使用参数耦合来设置系统 /'/Xvm3  
5 sX+~Q  
0)gdB'9V_  
自由参数： 'dn]rV0(C  
 反射镜1后y方向的光束半径 Hl,W=2N  
 反射镜2后的光束半径 m;,N)<~  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） 1jcouD5?H  
 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。 FYpzQ6s~  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 s%W C/ZK  
~A\G
T$  
fb~ytl<  
{z{bY\  
o4Om}]Ti  
tS6qWtE  
%%[LKSTb  
自由参数： I`!<9OTBj  
 反射镜1后y方向的光束半径 LcTP#
 
 反射镜2后的光束半径 )P sY($ &  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） <J`0  
 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。 GB=X5<;  
M<v%CawS  
@J/K-.r  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 n"c[,k+R`U  
]Gsv0Xk1  
WvY? +JXJ  
结果：使用GFT+进行光束整形 {ttysQ-  
yd d7I&$  
JkbQyn  
=%TWX[w  
.[I
Cx  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 D9H?:pmv?  
YIG~MP  
Hx?;fl'G%  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 V@g'#={r  
cQ R]le%(  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 VAHh~Q6 ;e  
a.k.n<  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： :74y!  
u7>],<  
ig/xv  
m
;GCc8  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd k%WTJbuG<)  
I&x=;   
结果：评估光束参数 !Dn,^  
+nFu|qM}  
_Tm3<o.  
 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。 '-Vt|O_Q  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。 V_.5b&@  
Swig;`  
-cAo@}v  
 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。 tEvut=k'  
 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） V17%=bCZ5[  
L>Fa^jq5  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd MP Y[X[  
m[~y@7AK<  
光束质量优化 ,/Z%@-rF  
,is3&9  
W}@c|d $`  
 通常，使用合适的高斯调制光阑以用于优化M2值。 因此，我们使用测量的半径作为腰束半径（消除发散角）来生成一个高斯光束。 qN9(S:_Px  
 之后，将接收场转换成一个透射函数。 将该传输函数用作光阑（在一个透射函数元件中）。 a%JuC2  
KQ% GIz x  
结果：光束质量优化 ?BeiY zg  
Z>k#n'm^z  
?N*>*"  
 由于通过高斯孔径传播，光束显示出理想高斯形状。 因此，M2值在两个方向上几乎都是1。 Y!w`YYKP  
vc;$-v$&  
yg<R=$n,Q  
Z&+ g;
(g  
 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。） +V ;l6D  
wDal5GJp  
\/r}]Vz  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd "c
%0P"u  
3nO]Ge"w'n  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 X9W@&zQ  
:^6y7&o[  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 O:;w3u7;u  
y}" O U  
?jv
/TBZX4  
 这意味着参数变化是的正态 &N^9JxN?8  
%S960  
ohGJ1  
_^Ubs>d=*  
NvceYKp:  
 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。 P9^Xm6QO  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 2j[=\K]  
e:DCej^z  
t6"%3#s  
%HhnSi1K  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run l`lk-nb  
RB7tmJc  
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） cKca;SNql1  
U`(ee*}o  
i &nSh ]KK  
f643#1  
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。 y&$A+peJ
1  
_}Ac n$  
总结 @1roe G  
D
N>[\hg  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 EHJ.T~X  
1.模拟 :%=Xm   
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 Ko<:Z)PS  
2.研究 ,f%S'(>w  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 UERLtSQ  
3.优化 z#wkiCRYm  
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。 8b&/k8i:  
4.分析 cA?W7D  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 lfow1WRF  
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。 V+Y%v.F  
g wRZ%.Cn  
参考文献 pI\]6U  
[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). A:%`wX}  
Q->sV$^=T  
进一步阅读 -$ls(oot  
y'q$|  
进一步阅读 W:2( .?  
 获得入门视频 +5*95-;0  
- 介绍光路图 +Mb.:_7'  
- 介绍参数运行 _1\v  
 关于案例的文档 L,/%f<wd  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens z43M]P<
 
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens eu-*?]&Di  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing ?dg[:1R}  
- BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair m+[Ux{$  
)qw&%sO +  
NH4#  
QQ：2987619807