[分享]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） ':{>a28=  
oVFnlA  
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 kF(n!2"W  
0:w"M<80  
M?m,EQh.  
[S5\#=_4S  
简述案例 ~5FW[_  
LUB${0BrA  
系统详情 hj'(*ND7z  
 光源 &xRo^iV?  
- 强象散VIS激光二极管 Gx`Lks  
 元件 h8Yx#4  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） "&/-N[is  
- 具有高斯振幅调制的光阑 P3$Q&^?  
 探测器 8NyJc"T<.  
- 光线可视化（3D显示） }PTV] q%  
- 波前差探测 {|I;YDA  
- 场分布和相位计算 _SW3_8SuM.  
- 光束参数（M2值，发散角） %_!bRo  
 模拟/设计 ,]bB9tid  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 sMu] /'7  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： ,eTU/Q>{,&  
 分析和优化整形光束质量 I(S`j[U  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 S$QG.K:<!  
ns6(cJ^a  
系统说明 hzk
cP  
th;{V%:LW  
:POj6j/  
模拟和设计结果 <HbcNE~  
CrwwU7qKL  
数值探测器结果 ty8v 6J#  
H$y-8-&)  
Djg,Lvhm  
4$P0:  
>0"+4<72  
总结 +HBd %1  
=Xo =Qcr  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 \otWd  
1.模拟 euC&0Ee2  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 w@{=nD4p  
2.评估 V$
ps>  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 Uu`9"  
3.优化 _H5o'>=  
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。 MdvcnaCG  
4.分析 xL\0B,]  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 2AMo:Jqv  
Ft&]7dT{W  
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。
ZjF 4v  
<ZNzVnVA  
详述案例 1,% R;7J=g  
Y\No4w ^|d  
系统参数 A<??T[  
neLAEHV  
案例的内容和目标 <i&_ooX  
Ru>MFG  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 ]@phF _  
R=QZgpR  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 Z'.AAOG  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 tP$<UKtU  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 a ?)NC  
++`0rY%  
模拟任务：反射光束整形设置 =`H@%  
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。 7t0er'VC  
oU.R2\Q  
9-fLz?J  
'Wmx)0)  
.nx2";oi  
 2*^j  
规格：像散激光光束 RO'7\xvn  
Wa{`VS  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 9,:l8  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 kY-N>E:  
]
1#e#M]#  
J;8IY=  
t*1fLumXR  
j~[z2tV  
jK& h~)  
规格：柱形抛物面反射镜 o<pf#tifv  
                         Nh_Mz;ITuu  
 有抛物面曲率的圆柱镜 "hH.#5j  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 EVsC>rz  
 曲率半径等于焦距的两倍 (ROY?5 @c  
! |<Fo'U  
"&G/T ?4  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） b*c*r dTx  
#P0&ewy  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 KBx6NU?;PO  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） <7/R,\Wg~  
 离轴角决定了截切区域 3TeY%5iVt  
5B3G @KR  
规格：参数概述（12° x 46°光束） N"Zt47(  
&8Cu#^3  
   k@RDvn  
>UiYL}'br6  
光束整形装置的光路图 '7hu 2i5  
f!Y?S  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 -*Xa3/kQ  
 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。 `{3<{wgw  
V5V bJBpf  
反射光束整形系统的3D视图 saBVgSd  
=
.Pw`.  
vlmB`T  
.,<1%-R34q  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 N +Yxz;Mg  
 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）。 n'n/Tu   
O_oPh]x)  
详述案例 bnf'4PAt  
i[7\[  
模拟和结果 gc
_:%ki  
_n0CfH.v  
结果：3D系统光线扫描分析 >E;uU[v)I  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 B+P(M!m3  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 } gyj0  
<wN}X#M  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd AYqX
|  
%9KldcQ}~  
使用参数耦合来设置系统 FH?U(-  
+"\sc;6m.  
nv*FT  
自由参数： BKCA<  
 反射镜1后y方向的光束半径 x-WmMfcz&  
 反射镜2后的光束半径 _hAcJ{Y  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） e'6/`Evqz  
 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。 (-UYB9s  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 7Wf/$vRab  
!JHL\M>
A5  
[M]  
?PuBa`zDE  
ZCMw3]*  
$v4.sl:x  
T"{>t  
自由参数： !#], hok8X  
 反射镜1后y方向的光束半径 vOn`/5-  
 反射镜2后的光束半径 QO<jI#  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） UdT*E: 6  
 基于光束发散角和直径（x和y方向）焦点，可以计算并设置反射镜的直径和距离z。 M8MRoA6F  
2J7:\pR^  
7OcWC-<  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 1F5XvQl  
|7'df&CA  
YqhAZp<  
结果：使用GFT+进行光束整形 [\^n=  
9&-dTayIz  
nsu@h  
^bGNq X  
]R+mKUZ9  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 d~9A+m3b_  
a@_4PWzF:  
e(]!GA  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 pNG:0  
2%DSUv:H%  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 xgwY@'GN  
X&tF;<m^  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： i?p$H0bn  
Fco`^kql.D  
Rvqq.I8aC  
-o^7r@6  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd 5bRJS70M  
b o6d)Q  
结果：评估光束参数 h{)kQLuzT  
v> LIvi|]  
]FJjgu<  
 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。 H*d9l2,KZS  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。 [T8WThs  
g#"zQvON  
k$
4y9{  
 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。 )X1{  
 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） }s7$7  
AHD=<7Rs  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd , Rk9N  
\o z#l'z  
光束质量优化 w#ZoZZ wh  
/Wi[OT14  
E(*0jAvO[z  
 通常，使用合适的高斯调制光阑以用于优化M2值。 因此，我们使用测量的半径作为腰束半径（消除发散角）来生成一个高斯光束。 }5ret  
 之后，将接收场转换成一个透射函数。 将该传输函数用作光阑（在一个透射函数元件中）。 3lf=b~Zi
)  
-WY<zJ  
结果：光束质量优化 .M qP_Z',  
{j{u6i  
)1]ZtU  
 由于通过高斯孔径传播，光束显示出理想高斯形状。 因此，M2值在两个方向上几乎都是1。 3U<cWl@  
VpE*(i$  
JgxtlYjl  
MUaq7B_>  
 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。） []\+k31D  
W =D4r  
T-'OwCB1q  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd n4O]8C'lW9  
,kyJAju>  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 g{7.r-uu  
{0L1X6eg  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 :">!r.Q  
Z_LFIz*c  
n7zm>&  
 这意味着参数变化是的正态 IB(6+n,6s  
RFi S@.7  
lS"T4 5  
5[8xV%>;  
us1Hu)  
 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;B4WL}  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 _?-E7:Sw  
MR;1 2*p  
DEBB()6,  
> $O]Eu!  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run =-0/k;^  
nXaC3W:"  
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） oTEL?hw5  
j5(Z_dm'  
j%Y#(Q>  
Yz'K]M_Dq  
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。 KWq+PeB5TS  
g!FuY/%+
 
总结 S){)Z  
F3y9@dA]  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 46}g7skD  
1.模拟 #QS`_TlKk  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 ]RZ|u*l=x  
2.研究 (j%~u&+-  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 zv|2:4H  
3.优化 cb@?}(aFl  
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。 D.r<QO~6B
 
4.分析 `vU%*g&R  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 Y@NNrGDkT*  
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。 Rm2yPuOU}A  
%p Ynnfr  
参考文献 B+$%*%b  
[1]M. Serkan, H. Kirkici, and H. Cetinkaya, “Off-axis mirror based optical system design for circularization, collimation, and expansion of elliptical laser beams”, Appl. Optics 46, No. 22, 5489-5499 (2007). '@a}H9>}  
-{KQr1{5UM  
进一步阅读 MH =%-S   
FXpJqlhNv  
进一步阅读 -$t{>gO#Y  
 获得入门视频 Vouvr<43o  
- 介绍光路图 t^UxR@l<K|  
- 介绍参数运行 JOj;^h  
 关于案例的文档 <3oWEm  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens ~jWn4 \  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens ]N/=Dd+|  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing 7dN*lks  
- BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair rbul8(1h  
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QQ：2987619807