[分享]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） kN>!2UfNS  
N<-Gk6`C/  
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 L+QLLcS~EM  
oE~Bq/p  
:L;a:xSpn=  
s{" 2L{,$  
简述案例 z]Ue|%K  
JLi|Td"1%  
系统详情 `XB 9Mi=  
 光源 ;$tSb ~K+  
- 强象散VIS激光二极管  bF(f*u  
 元件 5Ph4<f` L~  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） wf$s*|z  
- 具有高斯振幅调制的光阑 Rh |nP&6  
 探测器 V> bCKtf&  
- 光线可视化（3D显示）
eY\yE"3  
- 波前差探测 Y<rU#Z#T  
- 场分布和相位计算 ]7mt[2Cd  
- 光束参数（M2值，发散角） 4e1Y/ Xq`  
 模拟/设计 ]tDDq=+v  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 h}EPnC}  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： Lk$B{2^n  
 分析和优化整形光束质量 +{UcspqM  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 {_Gs*<.  
<9%R\_@$H  
系统说明 7=DdrG<  
`g})|Gx  
:hV7> rr  
模拟和设计结果 5Dl/aHb  
;'Nd~:-]  
数值探测器结果 H4JTGt1"  

4{l,  
]cN1c}  
N"1B/u  
B+0hzkPY  
总结 3Hm/(C  
6_ow%Rx~F  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 6x|jPb  
1.模拟 |a%Tp3Q~  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 2"S}bfrX  
2.评估 i@BtM9:  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 p6WX9\qS(  
3.优化 Ydy9  
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。 XGMiW0j0B  
4.分析 $2el&I  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 wuqJr:q*#  
p[lA\@l[  
对于复杂的光束整形装置，特别是离轴系统，可以使用VirtualLab来进行高效的模拟和分析。模拟过程中，根据情况应用不同的模拟引擎。 rc>6.sM %  
(@}!0[[^  
详述案例 [66!bM&  
Zr,VR-kW+  
系统参数 r(2uu  
4 N7^?  
案例的内容和目标 c{LO6dNg\z  
s|B3~Q]  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 {GcO3G#FZ  
AnvRxb.e  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 dw7$Vh0y  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 *r% c  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 <1COZ)  
.K<Q&  
模拟任务：反射光束整形设置 "v4B5:bmqW  
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。 c:u5\&~{  
f0aKlhEC  
HgkC~'  
,<p}o\6  
t>B;w14  
$"&{aa  
规格：像散激光光束 7 ^mL_SMj  

[\b0Lem  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 ?8Cq{  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 {T Ug.%u  
ApXy=?fc  
a+T.^koY  
!1C
y$}w  
<nK?LcP  
qc~iQSI  
规格：柱形抛物面反射镜 Clb@$,  
                         3gj+%%!G\  
 有抛物面曲率的圆柱镜 g!z&~Z:  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 q,U+qt  
 曲率半径等于焦距的两倍 7;(UF=4  
3CGp`~Zf  
gH3vk $WS  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） Wh2tNyS  
0|\$Vp  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 ,tJ" 5O3-  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） }sO&. ME  
 离轴角决定了截切区域 W#C*5@8  
;x1PS  
规格：参数概述（12° x 46°光束） fGw9!  
%zw1}|s#z  
   ;K&o-y  
1!T1Y,w  
光束整形装置的光路图 0f>5(ek  
"E?2xf|.  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 3+fp2  
 因为离轴抛物面镜的位置是相对于它的焦点，那么到反射镜2的距离z必须是负的。 PJrtMAcKq  
g5QZ0Qk
j  
反射光束整形系统的3D视图 _v=SH$O+  
^vO+
(p  

"s_lP&nq  
zb<6
Ov  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 2eol gXp  
 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）。 GMl;7?RA  
.oUTqki  
详述案例 z}ddqZ27G$  
J9iy  
模拟和结果 
K_ ~"}  
k
<{{*  
结果：3D系统光线扫描分析 KOuCHqCfq  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 xJ)n4)  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 aL&7 1^R,  
&_|#
.  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd Fv<F}h?6  
bPt!
yI:  
使用参数耦合来设置系统 1gy.8i  
aAMVsE{  
pF Rg?-  
自由参数： fs%.}^kn  
 反射镜1后y方向的光束半径 z]?N+NHOA  
 反射镜2后的光束半径 wN-d'-z/rd  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） |NC*7/}  
 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。 \EtQ5T*u  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 QKN+>X  
sCk?  
c>Xs&_  
1\>^m  
g^{@'}$  
YccH+[X;
 
>X4u]>X  
自由参数： Midy"  
 反射镜1后y方向的光束半径 ?Yk.$90  
 反射镜2后的光束半径 [knN:{ l  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） ,\n&I(  
 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。 DLMM/WJg@  
lP@Ki5  
?!cvf{a  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 QPg8;O  
_i|t Y4L  
E!l!OtFL  
结果：使用GFT+进行光束整形 I3mGo  
d>fkA0G/9!  
A '5,LfTu  
|>27B  
4^~(Mh-Mw  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 p@5`&Em,  
SB|Qa}62  
-~30)J=e`  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 Md2>3-  
r)~ T@'y  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 V7P&%oz{C  
;1.,Sn+zO  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： }O^zl#  
}w<7.I  
)oPLl|=h  
ps%q9}J  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd X+S9{X#Cm  
`-l6S  
结果：评估光束参数 DV-;4AxxRq  
lfz2~Si5A  
-[!P!d=  
 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。 O8u j`G 9  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。 PuT@}tw  
80/F7q'tn  
cmg^J  
 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"2/  
 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） +W\f(/q0  
&[/w_|b  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd MLWM&cFG
 
T}P".kpbS  
光束质量优化 O0No'LVu  
j|%HIF25  
7C ,UDp|  
 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。 w1#gOwA,$  
 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）。 Vq;A>  
G *;a^]-  
结果：光束质量优化 D-(w_$#  
[uls8 "^/j  
Mo @C9Y0  
 由于通过高斯孔径传播，光束显示出理想高斯形状。 因此，M2值在两个方向上几乎都是1。 *"n vX2iz  
"7V2lu  
BT"42#7_  
[YT>*BH?  
 然而，光束半径是略有减少。（光束半径显示在最后一张幻灯片是由于其偏离了理想高斯。） 9Z'8!$LYg  
uYil ?H{kH  
R>"OXFaE  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd !PJ6%"  
D]~MC  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 K7Wk6Aw  
!\L/[:n  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 meks RcF  
-'BA{#e}L  
FR!? #!  
 这意味着参数变化是的正态 I{:(z3  
D{d>5P?W  
pV,P|>YTf  
(t
GY%oT"  
/iV}HV0  
 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。 H0SQ"?  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 MxcFvo*LCp  
Y
+\%  
tl'9IGlc  
/E5 5Pec  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run CL}{mEr}  
X>. NFB  
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） JEgx@};O  
|{ PI102  
%ck]S!}6  
`zt_7MD  
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 HbxgeL  
fpN- o  
总结 (%o2jroQ#  
R% ,<\d7  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 F]t(%{#W  
1.模拟 ]t
*[%4  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 ,b;{emX h  
2.研究 XNb ZNaAd  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 01. &>Duw  
3.优化 g{9+O7q  
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。 b-*3 2Y%  
4.分析 4bEf  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 x5WW--YR+  
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。 9{8GP  
>ap1"n9k  
参考文献 )){9&5,0:  
[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). }sFm9j7yR  
S
#Sb]  
进一步阅读 (nab
 
Tl|:9_:t  
进一步阅读 LtKI3ou  
 获得入门视频 JHJ~X v  
- 介绍光路图 -tI'3oT1  
- 介绍参数运行 Yl$
SW;@  
 关于案例的文档 5`RiS]IO]  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens d{de6 `  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens .*JA!B  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing eBO@7F$  
- BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair :BGA.  
RTu4@7XP  
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QQ：2987619807