[分享]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） e,DRQ2AU  
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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 K3.z>.F'h  
UpSa7F:Uw  
[R(dCq>  
lKBI3oYn  
简述案例 K +l-A>Ic  
&ev#C%Nu  
系统详情 :2*0Jh3_  
 光源 q${+I(b,  
- 强象散VIS激光二极管 <El!,UBq<  
 元件 oEJxey]B7  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） 6ee1^>  
- 具有高斯振幅调制的光阑 E4N"|u|  
 探测器 &~'^;hy=  
- 光线可视化（3D显示） otmyI;v 7<  
- 波前差探测 R+5yyk\  
- 场分布和相位计算 RH^;M-'  
- 光束参数（M2值，发散角） <~hx ~"c  
 模拟/设计 Z\S'HNU  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 x }.&?m  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： RV>n Op}R  
 分析和优化整形光束质量 PnJA'@x  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 (vPE?^}b  
7?]wAH89  
系统说明 4bq+(CI6  
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8 m(  
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模拟和设计结果 ?OBB)hj  
IN=l|Q$8f  
数值探测器结果 ,GMuq_H  
p]Q(Z  
F>U*
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'e*:eBoyb  
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总结 &
GaI  
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cOK8  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 7!A3PDAe  
1.模拟 uz@lz +  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 q)!G5j3  
2.评估 )AXa.y  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 keS%w]87  
3.优化 A&`7 l5~X  
利用一个具有高斯形状孔径函数的光阑和经典场追迹引擎来优化M2参数。 Z9UNp[0  
4.分析 rp!>rM] s  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 fvM|Jb  
}b/G{92  
对于复杂的光束整形装置，特别是离轴系统，可以使用VirtualLab来进行高效的模拟和分析。模拟过程中，根据情况应用不同的模拟引擎。 WZf}1.Mh*  
\SA$:^zO  
详述案例 V]|P>>`v9p  
lt|UehJF  
系统参数 Ew2ksZ>B]&  
Wa'
m]J  
案例的内容和目标 RQW<Sp~  
a*?,wmzl  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 d~w}{LR[1  
5u
D'Kd$H  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 NplkhgSj  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 S*a_  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 ?q hme   
("_tML 8/p  
模拟任务：反射光束整形设置 z/t+t_y  
引入的反射光束整形装置是基于一个反射镜系统，此系统由两个抛物面圆柱反射镜镜与抛物面截面反射镜组成。焦点距离和镜子的位置取决于输入光束的发散角。 Z$ 6yB  
Jtl[9qe#]  
[ FNA:  
BCw0kq@  
xyRZ v]K1  
yWZ%|K~$  
规格：像散激光光束 e]u3[ao  
v1~`76^  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 \bumB<w(]  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动
~ H $q  
]z5gC`E0  
UU2=W  
5:~BGK&{Y  
^FN(wvqb8  
|T^c(RpOE  
规格：柱形抛物面反射镜 or..e  
                         $_NP4V8|z/  
 有抛物面曲率的圆柱镜 f iu?mb=*  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 $.-\2;U  
 曲率半径等于焦距的两倍 \D,c*I|p7  
{;XO'  
m@^!?/as  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） 4O** %!|  
BjIKs~CT  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 d}RR!i`<N  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） s7}46\/U  
 离轴角决定了截切区域 (lR9x6yf  
h?ZxS  
规格：参数概述（12° x 46°光束） ::A]p@  
7iBN!"G0  
   5rx;?yvn  
]M5w!O!  
光束整形装置的光路图 'vUx4s  
&?gvW//L2  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 dy^zOqc  
 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。 1O,<JrE+-  
5T4!'4n  
反射光束整形系统的3D视图 f]Q`8nU  
?#0|A?U  
2[qlEtvQ  
_]# ^2S  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 x[5uz))  
 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）。 WVfwt.Y  
u+Q<>>lU  
详述案例 eAD
uk!Iq  
EFNi# D8s  
模拟和结果 V O= o)H\  
<|MF\D'  
结果：3D系统光线扫描分析 cq,0?2R`t  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 >MeM  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 _#]/d3*Z}  
lmRdl>  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd kg^VzNX
 
swh8-_[c/  
使用参数耦合来设置系统 U2D2?#  
 nW*D  
"bC1dl<  
自由参数： -]K9sy)I  
 反射镜1后y方向的光束半径 7A mnxFC  
 反射镜2后的光束半径 #7}1W[y9}l  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） Ghb Jty`  
 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。 LnZC)cL P/  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 ;mAlF>6]\  
2/W5E-tn  
$)O=3dNbo  
yHk}'YP  
<_N<L\  
-)p S\$GC  
6SGV}dAx  
自由参数： ,p\:Z3{ZH  
 反射镜1后y方向的光束半径 [,)G\  
 反射镜2后的光束半径
<X b B;  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） k:qS'  
 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。
1\aJ[t
 
74p=uQ  
>{HQ"{Q  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 ^I CSs]}1  
j@HOU~x  
cfP9b8JG  
结果：使用GFT+进行光束整形 %A^V@0K3  
O;dtz\  
 UqwU3  
Ump$N#  
z?DI4O#Up  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 +\
_c*'K>  
lIUaGz|  
-$2a@K,i  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 <(c_[o/  
$"P[nNW3  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 -+ha4JOB  
9k.5'#  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： ' %&gER  
MOia]5
 
a7@':Rb n  
`i:DmIoz  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd "!w#E6gU  
Rl/5eE8  
结果：评估光束参数 x=M%QFe  
X;&
Iu{&=  
wr-/R"fX  
 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/CBYNw@V  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。 rLpfybu  
e1OGGF%En  
-Is;cbfLj/  
 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。 MfA@)v  
 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） cTJi8f=g  
[. Db56  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd D>fg  
$-MVsa9>I  
光束质量优化 .C*mDi)wZ  
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[,'  
9]Fi2M  
 通常，使用合适的高斯调制光阑以用于优化M2值。 因此，我们使用测量的半径作为腰束半径（消除发散角）来生成一个高斯光束。 *671MJ9  
 之后，将接收场转换成一个透射函数。 将该传输函数用作光阑（在一个透射函数元件中）。 3%[;nhbA7  
Iz^vt#b  
结果：光束质量优化 fg)VO6Wo&  
:;hz!6!  
F1)5"7f  
 由于通过高斯孔径传播，光束显示出理想高斯形状。 因此，M2值在两个方向上几乎都是1。 ;l %$-/%  
lDSF  
I
E|? &O  
@xXVJWEU:  
 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。） YSh@+AN  
![i)_XO  
y1)ZO_'  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd hp1+9vEN  
jNvDE}'  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 8<)ZpB,7  
M>_vsI^I'  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 V,h}l"  
"g,`Ks ];  
Z%Fc -KVt  
 这意味着参数变化是的正态 GEK7q<  
J= [D'h  
,v%'2[}  
uOO\!Hqq  
jF}-dfe  
 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。 E<l/o5<nC  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 iInWw"VbKe  
`Gj(>z*  
|M&4[ka}  
,v<7O_A/e  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run uGv|!UQw  
N;`/>R4|I  
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） /&c2O X|Z  
uzI=.j  
L#",.x  
q;}iW:r&Q  
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。 Ptc+ypTu  
kO5lLq
E  
总结 Pa6pq;4St  
}v's>Ae~p  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 |AH>EXhv  
1.模拟 RG*Vdom  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 CLTkyS)C  
2.研究 f S[-K?K  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 /O5&)%N  
3.优化 W6Mq:?+D  
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。 !~&&&85  
4.分析 b[GhI+_  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 8
qqN0"{,  
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。 ,3!$mQL=  
-72EXO=|  
参考文献 j*5IRzK1%0  
[1]M. Serkan, H. Kirkici, and H. Cetinkaya, “Off-axis mirror based optical system design for circularization, collimation, and expansion of elliptical laser beams”, Appl. Optics 46, No. 22, 5489-5499 (2007). ESNI$[`  
7o0zny3?  
进一步阅读 qiB~  
(Vr%4Z8  
进一步阅读 +SR{FF  
 获得入门视频 oNtoqYw
H  
- 介绍光路图 hJ$9Hb  
- 介绍参数运行 }DXG;L  
 关于案例的文档 gfs;?vP  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens {9yf0n  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens ~_-]> SI  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing tEL9hZzI  
- BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair qa-FLUkIk!  
NNF"si\FE  
K Ax=C}9  
QQ：2987619807