[分享]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） R#i`H(N  
Z?d][zGw  
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 r&ys?@+G  
&-w.rF@  
<2fy(9y  
JNT|h zV  
简述案例 _h`4`r  
24 .'+3  
系统详情 f3imkZ(  
 光源 R](ck
o=  
- 强象散VIS激光二极管 *K& $9fah  
 元件 GHo mk##0E  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） ;U$Rd,T4S  
- 具有高斯振幅调制的光阑 {;m|\652B  
 探测器 GZHJ4|DK  
- 光线可视化（3D显示） ?*[35XUd  
- 波前差探测 m=Gb<)Y  
- 场分布和相位计算 tK?XU9o  
- 光束参数（M2值，发散角） `~_H\_JpO  
 模拟/设计 ^w&!}f+  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 2kk; z0f  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： ;@:-T/=  
 分析和优化整形光束质量 rVRv*W  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 |f\WVGH  
Ck>]+rl  
系统说明 6!USSipn  
xZM4CR9]*C  
Gm3`/!r  
模拟和设计结果 %mD{rG9  
5iI(A'R[7  
数值探测器结果 E$&bl  
UI'fzlB  
vP+qwvpGr  
$dWYu"2CD  
(i?9/8I  
总结 "!fwIEG  
8H T3C\$s  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 A_e5Vb,u.  
1.模拟 aT+w6{%Z  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 `I4E': ZG  
2.评估 bE@Eiac  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 'NCx<0*  
3.优化 ]=]MJ3_7  
利用一个具有高斯形状孔径函数的光阑和经典场追迹引擎来优化M2参数。 +?[s"(  
4.分析 B2KBJ4rI[1  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 s?&S<k-=fr  
P_H_\KsH*(  
对于复杂的光束整形装置，特别是离轴系统，可以使用VirtualLab来进行高效的模拟和分析。模拟过程中，根据情况应用不同的模拟引擎。 `B:hXeI  
_meW9)B  
详述案例 e.#,9  
QC&,C}t,  
系统参数 ?Iij[CbU  
Y7 K2@257  
案例的内容和目标 \PFjw9s  
pp{GaCi  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 J, +/<Y!  
g6S-vSX,  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 yD`pUE$  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 cS2]?zI  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 Ul'H(eH.v  
Fu\#:+5\  
模拟任务：反射光束整形设置 X?JtEQ~>  
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。 kA)`i`gt  
=W2I0nr.  
a<>cbP  
wlslG^^(!  
Dkh=(+> <  
Fpwhy
ls  
规格：像散激光光束 Nez '1  
:_nGh]%  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 ^gNbcWc7CU  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 0]$-}A
YM  
B(6*U~Kn%  
]1|7V|N6  
l8_RA  
E
x@}x#3  
8DbP$Wwi  
规格：柱形抛物面反射镜 (v:8p!QN  
                         Qw|y%Td8r  
 有抛物面曲率的圆柱镜 PL!dkaD^y>  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 RyM29uD  
 曲率半径等于焦距的两倍 LfK/wSvWw  
{i3=N{5b  
">S1,rhgS  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） bki:u  
E @Rb+8},"  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 "gD
k?w
 
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） bxBndxl  
 离轴角决定了截切区域 TIaiJvo  
olXfR-2>1  
规格：参数概述（12° x 46°光束） i=pfjC  
MBU4Awj  
   fD8GAav  
$?VYHkX  
光束整形装置的光路图 U2~|AkL  
[ :Sl~
 
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 vBM<M3  
 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。 m6 Y0,9
 
1|>bG#|  
反射光束整形系统的3D视图 +JXn   
/rK/l  
YhooD,[.  
=*>.z@WQ  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 f'`y-]"V5)  
 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）。 -rHqU|  
qw)O
u]L=  
详述案例 6{g&9~V  
wsc=6/#u  
模拟和结果 U^DR'X=  
A8AeM`  
结果：3D系统光线扫描分析 K
F!d?  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 AXnKhYlu  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 %rEP.T\i
 
/c4$m3?]  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd Ywcgt|  
r?pFc3~N  
使用参数耦合来设置系统 kKDf%=  
%/!f^PIwX  
SaRn>n\
 
自由参数： kn`O3cW/  
 反射镜1后y方向的光束半径 0fV}n:4Pq  
 反射镜2后的光束半径 N%=,
S?b  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） N&(MM.\`^  
 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。 `nc=@" 1  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 /L2.7`5  
5CH8;sMK  
0a,B&o1  
ws U@hqS  
'c >^Aai  
?]+!gz1  
5F]2.<i  
自由参数： IL?"g{w  
 反射镜1后y方向的光束半径 *hpS/g/3\  
 反射镜2后的光束半径 >yLdrf  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） ;D%H}+Z  
 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。 lt\Bm<"z!1  
SR<W3a\  
uE..1N&*  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 [3x*47o"z  
N~?(<DyZR  
bY~V?yNgKM  
结果：使用GFT+进行光束整形 6;M{suG|  
lj+&3<E  
~{{7y]3M-  
Ldy(<cN  
x}{O9LiR  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 {Z>Mnw"R  
wzY{ii  
r=]$>&  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 O6">Io5  
xA0=C  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 9
j0o)]  
 / w[Tu  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： 3k/X;:,.  
e=_Ng j)  
/U0,%  
=t.T9'{  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd {.Brh"yC  
c&PaJm  
结果：评估光束参数 xE*.,:,&  
EbJc%%c  
xgvwH?<  
 从生成的整形光束场分布，可以评估光束参数。 可以直接通过使用探测器界面实现。 Q+O./1x*,  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。 z0&Y_Up+5  
+{%)}?F  
iUZV-jl2/  
 整形光束在x和y方向上显示了一个几乎相同的半径。 发散角大约是4urad。 0aJcX)  
 M2值明显高于1。（与理想高斯光束相比，高M2值是由光束偏离引起的） v"_E0 3!  
e^N}(Kpy  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd y<l
(F?_  
m@",Zr`f=  
光束质量优化 zT>BC}~.b  
K.b:ae^k  
E=]|v+#~  
 通常，使用合适的高斯调制光阑以用于优化M2值。 因此，我们使用测量的半径作为腰束半径（消除发散角）来生成一个高斯光束。 %{?9#))  
 之后，将接收场转换成一个透射函数。 将该传输函数用作光阑（在一个透射函数元件中）。 Tz&h[+6`  
'*<I<? z;  
结果：光束质量优化 /*t H$\6*  
&7r a  
f*Os~@K  
 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。 ;R$2+9  
s? 2ikJq  
bas1(/|S  
9|m:2["|?  
 然而，光束半径是略有减少。（光束半径显示在最后一张幻灯片是由于其偏离了理想高斯。） ryb81.|  
|<MSV KW  
7j
88^59  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd ZzxWKIE'c  
FbXur-et^  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 TYCjVxfu$  
~y,m7%L  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 BKYyc6iE  
,vAcri 97  
bRr3:"=sE  
 这意味着参数变化是的正态 `^|l+TJG  
1*.*\4xo  
FuG;$';H75  
RrdLh z2N  
5kojh _\  
 对于这个例子，假设每个反射镜都有±0.1°的角度偏差（绝对的方向）。 由于这个偏差，整形光束的波前差明显增加。 +zEyCx=8H  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 )jh~jU?c@  
'X`W+=T$  
lNTbd"}$:  
g8@F/$HY  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run i1*0'x  
|7${E^u  
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） x~K79Mya  
o'8nQ Tao  
<,X=M6$0n  
7y_<BCx h  
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。 D0>Pc9
 
}'K-1:  
总结  GInw7  
1MmEP  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 _(I)C`8m  
1.模拟 ls~9qkAyLx  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 unKgOvtj  
2.研究 z[y
  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 dnh~An 9  
3.优化 0 ZSn r+  
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。 =ADOf_n}  
4.分析 YOUB%N9+  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 G,<l}(tEG  
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。 :zNN
tv iA  
M27H{}v  
参考文献 2\;/mQI2A  
[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). /y6I I$AvM  
Xz9[0;Q  
进一步阅读 &9"Y:),  
:Gew8G  
进一步阅读 dGz4`1(>  
 获得入门视频 B#cN'1c  
- 介绍光路图 O%haaL\  
- 介绍参数运行 %0Qq~J@Lu  
 关于案例的文档 (/s~L*gF{  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens z7+>G/o  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens 6ud<U#\b&  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing *LuRo  
- BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair A;dD'Kgl  
9hh~u -8L  
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QQ：2987619807