[分享]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） |~Op|gs  
}0 BKKU+  
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 \
>%.ktG  
OK6c"*<z  
av.L%l&d  
:4(.S<fH)-  
简述案例 P0 va=H  
Y9K$6lz  
系统详情 LG/6_t}  
 光源 Y\sSW
0ZX  
- 强象散VIS激光二极管 :*`5|'G}  
 元件 M2.Pf s  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） =DT7]fU
 
- 具有高斯振幅调制的光阑 juAUeGT  
 探测器 <A_LZi  
- 光线可视化（3D显示） EC]b]'._  
- 波前差探测 j1yW{  
- 场分布和相位计算 .YT&V  
- 光束参数（M2值，发散角） >\x   
 模拟/设计 ;Rz+4<  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 (}|QSf:  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： >H*?ktcW  
 分析和优化整形光束质量 BJ]4j-^o  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 k70o=}  
~`<(T)rs  
系统说明 -S ASn  
2[#7YWs  
nisW<Q`uB  
模拟和设计结果 JS&=V67[  
<yxEGjm  
数值探测器结果 =Z($n:m=*  
C|@6rr9TA  
ZP]l%6\.  
f*{~N!g  
\R6D'Yt  
总结 _aR_[  

ex-0@  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 aQzu[N  
1.模拟 ?(up!3S'x  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 +~E;x1&'  
2.评估 \KGi54&Y  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 RoG `U  
3.优化 Oc51|[ Wj  
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。 nO'lN<L  
4.分析 /MErS< 6  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 g.&n X/  
ZW6ZO[`6  
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。 z/B[quSio  
x}8 U\  
详述案例 #i8] f{  
J<<Ph  
系统参数 L=ala1{O  
Q*W`mFul  
案例的内容和目标 &L88e\ c+  
:r{;'[38  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 *~t&Ux#hj  

wRa$b  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 ?!h jI;_&  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 gJkk0wokC  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 *gq~~(jH  
'Mfn:n+  
模拟任务：反射光束整形设置 yX%Xjo__*t  
引入的反射光束整形装置是基于一个反射镜系统，此系统由两个抛物面圆柱反射镜镜与抛物面截面反射镜组成。焦点距离和镜子的位置取决于输入光束的发散角。 3X0"</G6  
<6 LpsM}  
zNF.nS}:  
MDHTZ94\Q  
)2Ru} -H  
qmWK8}F.cE  
规格：像散激光光束 69z,_p$@:  
7Vn;LW  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 YA";&
|V  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 q_h=O1W  
M<4tjVQ6  
9^DXw!  
=B0#z]qu  
z1
-JoZ  
|f:1Br  
规格：柱形抛物面反射镜 zNZ"PYh<u  
                         9Y6Ear .W  
 有抛物面曲率的圆柱镜 F8c^M</  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 ;;A8TcE '  
 曲率半径等于焦距的两倍 :o)4Y  
Y-0o>:SM  
4RLuv?,)~  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） 6X2~30pdE  
'b?Px}  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 h{J=Rq  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） Gkc.HFn(  
 离轴角决定了截切区域 I;Sg9`k=  
1<Z~Gw4  
规格：参数概述（12° x 46°光束） i9QL}d  
]*M VVzF  
   #>]o'KQx  
c]u^0X?&  
光束整形装置的光路图 STr&"9c  
Za*QX|  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 M%\=Fb  
 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。 Hn-k*Y/P  
+d$l1j  
反射光束整形系统的3D视图 9XH}/FcP_O  
gbC!>LV  
hC nqe  
QSaJb?I  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 NoR=:Q 9e  
 绿线表示生成的光轴，由VirtualLab的基础定位方法生成（仅仅设置了距离z和倾角）。 &s+F+8"P+  
B%.XWW$  
详述案例 O%>FKU>(?  
nVO|*Bnf)  
模拟和结果 e5"?ol0  
+Kw&XRAd  
结果：3D系统光线扫描分析 ",qcqG(  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 FL,av>mV  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 {<p-/|Z52  
'ot,6@~x>  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd 5ree3 quh  
3BTXX0yx  
使用参数耦合来设置系统 NV[_XXTv7  
IK /@j  
TB8a#bK4  
自由参数： k~YZT 8  
 反射镜1后y方向的光束半径 jn+M L&  
 反射镜2后的光束半径 gvoo1 Sa  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） 5UTIGla  
 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。 6G6B!x  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 ZjOUk;H
?  
zRz7*o&l  
RfZZqeU  
_6"YWR  
8.g(&F  
)=PmHUd  
`akbzHOM  
自由参数： 3hPj;-u  
 反射镜1后y方向的光束半径 -9L[eYn  
 反射镜2后的光束半径 jgkJF[t`  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） ?)60JWOJ1  
 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。 J[?7`6\M  
>_<J=8|E  
oD0N<Ln}  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 =` %iv|>r0  
f:).wi Ld  
#Is/j =  
结果：使用GFT+进行光束整形 9uRs@]i  
h|D
KD.  
PN +<C7/  
QIcg4\d%s  
_kJ?mTk  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 qXb{A*J  
ckZZ)lW`*  
9AbSt&#  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 3 E~d  
)Q!3p={S*  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 b')Lj]%;k  
H=f'nm]dQ  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： W$l%= /  
Y?^1=9?6  
ZgXn8O[a  
il)LkZ@  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd JLZ[sWP='  
RyxEZ7dC<y  
结果：评估光束参数 ;M95A  
c<(LXf+61  
g#=~A&4q  
 从生成的整形光束场分布，可以评估光束参数。 可以直接通过使用探测器界面实现。 f a9n6uT  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。 :EXH8n&|  
:N3'$M"  
+Y:L4`  
 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%QnV0L^  
 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） sbZ^BFqp  
Tt0:rQ.  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd
C
US^j  
<Bmqox0  
光束质量优化 icX$<lD  
e>ZF? (a0  
{O
"?_6',  
 通常，使用合适的高斯调制光阑以用于优化M2值。 因此，我们使用测量的半径作为腰束半径（消除发散角）来生成一个高斯光束。 V&' :S{i  
 之后，将接收场转换成一个透射函数。 将该传输函数用作光阑（在一个透射函数元件中）。 Gob;dku  
`F#<qZSR  
结果：光束质量优化 >/kwy2  
w'Kc#2  
mNvK|bTUT  
 由于通过高斯孔径传播，光束显示出理想高斯形状。 因此，M2值在两个方向上几乎都是1。 P p}N-me>_  
CD]2a@j{  
~+y0UEtq7  
e|L$e0  
 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。） )>! IY Q  
I3 %P_oW'  
'k9?n)<DW  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd Lnk!zj  
is3nLm(  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 e<wRA["  
%7_c|G1  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 gAx8r-` `  
i>Cxi ZT  
S+i .@N.^  
 这意味着参数变化是的正态 ^GXy:S$  
a=55bEn  
xr2ew%&o  
u#+p6%?k  
[":[\D'  
 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。 a?+Ni|+  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 A~vZ}?*M  
MuQBn7F{c  
iwHy!Vi-5  
sFEkxZi<  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run cI)XXb4  
[\hk_(}  
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） b}G4eXkuj  
^6?NYHMr=  
C +-<  
BO5g
wvyI  
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。 G-U%  
+[ _)i9a  
总结 2$D *~~  
`ag7xd!  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 *&j)"hX  
1.模拟 ~&/|J)}  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 3:$hC8  
2.研究 /H)K_H#|;  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 w8t,?dY
 
3.优化 7Q<uk[d0  
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。 Yx_[vLm  
4.分析 q8:Z.<%8  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 K_V44f1f  
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。 r9Ux=W\  
vqLC?{i+  
参考文献 o7feH 6Sh  
[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). `Z{kJMS  
@!\g+z_"  
进一步阅读 (/&IBd-  
%h**L'~``  
进一步阅读 1#
AdEd[  
 获得入门视频 e`Xy!@`_  
- 介绍光路图 6 ^X$;  
- 介绍参数运行 Sf}>~z2  
 关于案例的文档 {xw*H<"f<  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens D[)")xiG  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens V1KWi^  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing "(}xIsy  
- BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair u93=>S  
JMu|$"o&{  
L<>;E  
QQ：2987619807