[分享]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） @r4ZN6Wn  
!c-Ie~GIT  
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 JR{3n*  
834(kw+#9  
maQE Bi,  
6}^0/76^,  
简述案例 rB|Mp!g%@  
^{&Vv(~!Q  
系统详情 v(D{_  
 光源 "]J4BZD  
- 强象散VIS激光二极管 le*mr0a
 
 元件 U]j4Izq  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） Su`LBz"  
- 具有高斯振幅调制的光阑 @k
:f(c  
 探测器 IPmSkK  
- 光线可视化（3D显示） $O"S*)9  
- 波前差探测 q<`YJ,  
- 场分布和相位计算 .|Y2'TWQ  
- 光束参数（M2值，发散角） oT2h'gu")  
 模拟/设计 # D"TY-$.=  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 wP28IB:^  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： p48M7OV  
 分析和优化整形光束质量 D>M a3g  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 {[WEA^C~Q  
la#f,C3_  
系统说明 h- .V[]<  
].53t"*  
~$XbYR-  
模拟和设计结果 mqgA  
f`'?2  
数值探测器结果 jqq96hP,  
z-fP#.  
)\!_`ob  
dr0<K[S_  
Nq'Cuwsp  
总结 J'^H@L/E  
2[f8"'lUQ  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 USfpCRj9  
1.模拟 +c4]}9f!  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 *y[i~{7:  
2.评估 }~pT saw  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 q<(yNqMKP  
3.优化 ~]f+  
利用一个具有高斯形状孔径函数的光阑和经典场追迹引擎来优化M2参数。 kKr|PFz  
4.分析 qN((Xz+AZE  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 3wZA,Z  
am,UUJ+h>  
对于复杂的光束整形装置，特别是离轴系统，可以使用VirtualLab来进行高效的模拟和分析。模拟过程中，根据情况应用不同的模拟引擎。 L rV`P)$T  
's]I:06A  
详述案例 5BKga1Q  
OZ 4uk.)  
系统参数 ?U'c;
*O-  
SrGX4  
案例的内容和目标 @+II@[_lT  
fwaq  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 LWgYGXWT"  
=d>^q7s  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 R3+y*<<e  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 q#9JJWSs  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 "@: b'm  
UjLZ!-}  
模拟任务：反射光束整形设置 +Hx$ABH  
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。 dqwCyYC  
N&g9z{m7  
mFCDwh]  
1F?`.~q  
b37F;"G  
)IUeWR  
规格：像散激光光束 0}:- t^P  
o&45y&  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 [/_M!&zz2  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 <P&~k\BuF{  
s))L^|6  
5Y
<O  
.)Xyzd  
i'Vrx(y3  
pw
;  
规格：柱形抛物面反射镜 -I."= c%  
                        
lq0@)'D  
 有抛物面曲率的圆柱镜 S[!sJ-rG  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 Hkq""'Mx+w  
 曲率半径等于焦距的两倍 'r`#u@TTZ  
p H&Tb4  
|+Gv)Rvp  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） .48Csc-  
cp@(y$  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 eu!B ,  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） ^R\et.W`s  
 离轴角决定了截切区域 6zuWG0t  
-h=K]Y{`  
规格：参数概述（12° x 46°光束） e}|UVoeH  
{#>>dILPr  
   MExP'9  
Gao8!OaQ  
光束整形装置的光路图 D0T0Km/"  
{}
F?eI  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 yEYlQ=[#  
 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。 O'tVZ!C#J  
K/oC+Z;K  
反射光束整形系统的3D视图 CKJ9YKu{W  
?UD2

}D[M  
.&Uu w  
tK9_]663  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 a.P7O!2Lp  
 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）。 _`6fGu& W  
/?<tjK' "H  
详述案例 eq^<5 f  
dWR0tS6vR`  
模拟和结果 V&7jd7 2{  
GLI 5AbQK  
结果：3D系统光线扫描分析 N>,`l  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 (r8Rb*OP  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 ]Z/<HP$#  
wc#+Yh
6  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd 7:fC,2+  
/_Z--s>j  
使用参数耦合来设置系统 R"Ol'y{  
0Q@ &z  
@^g/`{j>J  
自由参数： :',.I  
 反射镜1后y方向的光束半径 9uk}r; %9  
 反射镜2后的光束半径 ]{->/.oB  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） :Ny.OA  
 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。 {d`e9^Z:  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 T&.ZeB1  
5LVhq[}mP  
')pXQ  
KA)9&6
 
8KqrB!  
J23Tst#s  
|eD$eZ=m  
自由参数： :f^=~#!  
 反射镜1后y方向的光束半径 1mT3$Z  
 反射镜2后的光束半径 #:rywz+  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） w+ZeVZv!r  
 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。 Uloa]X=Im8  
%'2DEt??  
ZA4NVt.yN  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 I@dS/  
fmH"&>Loc  
}UwDHq=  
结果：使用GFT+进行光束整形 X"V,3gDG  
0!v+ +  
J!?hajw7N  
IipG?v0z~  
@^47Qgj8U  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 GX4HW \>a  
H8[L:VeNT  
ia.95H;  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 _YVp$aKDR  
Gc=#  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 QdaYP  
N?`-$C ]  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： fp^!?u  
)bc0 t]Fs  
WLr\ l29  
xA|72!zk0P  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd _tE`W96J  
3ZNm,{  
结果：评估光束参数 NP%Y\%;l6  
V:?exJg9  
}e
A2y($N  
 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。 02Z>#AE  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。 8=;'kEU  
(<f`}, QxD  
DgOO\
 
 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。 9!hiCqA&  
 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） B4k~~;|  
`usX(snY  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd c8qsp n  
H.sHXuu  
光束质量优化 6 /8?:  
_~f&
wkc  
9pN},F91n:  
 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。 ]qZs^kQ  
 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）。 uW*)B_
c  
D+Osz  
结果：光束质量优化 N%Gb  
}?zy*yL  
a6AD`| U8  
 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。 ^O_E T$  
?[#nh@mI  
$RxS<_tj  
if6/
+7  
 然而，光束半径是略有减少。（光束半径显示在最后一张幻灯片是由于其偏离了理想高斯。） '8+<^%c  
92|\`\LP%  
Y%AVC9(  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd x9UF  
3ZO\Pu  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 8]U;2H/z  
:q_(=EA  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 `w@8i[2J  
%3B0s?,I  
BeAkG_uG  
 这意味着参数变化是的正态 &rY73qfP'  
SGi(Zk
c  
dtHB@\1  
~(Wq 5<v  
i7hWBd4wK  
 对于这个例子，假设每个反射镜都有±0.1°的角度偏差（绝对的方向）。 由于这个偏差，整形光束的波前差明显增加。 X wvH  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 Ae,P&(  
I"TFj$Pg  
'!8'Xo@Go3  
(* WO<V  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run Z_iVOctP  
QDO.
&G2  
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） wxy.&a]  
Bp #:sAG  
x<_uwL2a  
l] -mdq/C  
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。 ~4e4Gyx c  
mUFg(;ya  
总结 sFhmp  
1ztL._Td  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 /CRZ  
1.模拟 RM/q\100  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 #^|"dIZ_M  
2.研究 >NL4&MV:  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 vwA d6Tm  
3.优化 9|y?jb5im  
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。 NJ6* 7Cd  
4.分析 X@:[.eI~  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 z"[}Sk  
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。 ^*!Tq&Dst|  
Rn(6Fk?   
参考文献 kkvG=  
[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). m-%.LDqM  
1|U8DK
 
进一步阅读 7RE'KH_$  
PH6!
T/2[  
进一步阅读 1?6zsA%N  
 获得入门视频 'Ipp1a Z_M  
- 介绍光路图 &x= PAu  
- 介绍参数运行 gaBVD*>  
 关于案例的文档 ~yrEB:w`_  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens NT3Ti ?J,  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens X:3W9`s)*  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing >P-{2 a,4  
- BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair ~hx__^]d  
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6;JlA})  
QQ：2987619807