[分享]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） W<cW;mO  
"NXm\`8  
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 :FKYYH\  
1pYmtr  
o2 T/IJP  
Pq[0vZ_}dN  
简述案例 Se;?j-  
WwCK  K  
系统详情 u~naVX\3b  
 光源 &kXGWp  
- 强象散VIS激光二极管 ^t/'dfF  
 元件 Mo/2,DiI5  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） _Vk,&'  
- 具有高斯振幅调制的光阑 fY,@2VxyfA  
 探测器 Hb@G*L$  
- 光线可视化（3D显示） eaYkYuS/  
- 波前差探测 &4[#_(pk  
- 场分布和相位计算 }LHT#{+x  
- 光束参数（M2值，发散角） k^'d@1z;C  
 模拟/设计 <x>k
3bD  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 vP87{J*DE1  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： k_En_\c?p2  
 分析和优化整形光束质量 VFO&)E/-  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 Z+`{JE#  
[#P`_hx  
系统说明 %Zv(gI`A  
 n_xa)  
Jegx[*O>b  
模拟和设计结果 K,L>
  
!mErt2UJl  
数值探测器结果 LBbo.KxAe3  
X,JWLS J  
bHWvKv+  
TW-zh~|F  
~\@<8@N2a6  
总结
K+`-[v5\  
i Ks,i9j  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 n|4D#Bd1w  
1.模拟 1$3XKw'  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 >m_p\$_  
2.评估 wTMHoU*>  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 MRVz:g\mi  
3.优化 g_Dt} !A\B  
利用一个具有高斯形状孔径函数的光阑和经典场追迹引擎来优化M2参数。 #iqhm,u7D  
4.分析 %9-#`  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 Vf,~MG  
beHCEwh  
对于复杂的光束整形装置，特别是离轴系统，可以使用VirtualLab来进行高效的模拟和分析。模拟过程中，根据情况应用不同的模拟引擎。 p$b=r+1f  
K^cWj_a"  
详述案例 OL ]T+6X  
I$6 f.W  
系统参数 |>/&EElD  
8a$jO+UvN  
案例的内容和目标 O.up%'%,  
-RqAT1  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 i37a}.;  
$vbAcWj  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 W|-N>,G
 
 之后，研究并优化整形光束的质量。 X^_+%U  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 I;11j  
VjB
`~  
模拟任务：反射光束整形设置 _F/lY\vm  
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。 ZNH*[[Pf  
4M<JfD  

#u2&8-Gh  
v[yTk[zd0  
cT=wJ  
!wR{Y[Yu  
规格：像散激光光束 m5;[,He  
gq:TUvX  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 8|-mzb&  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 D@b<}J>0'  
t ]I(98pY  
':R3._tw\  
?D^,K`wY=B  
[sY1|eX  
3f2Hjk7,d  
规格：柱形抛物面反射镜 7%"\DLA  
                         :_YG/0%I  
 有抛物面曲率的圆柱镜 gc8PA_bFz  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 Y/ac}q  
 曲率半径等于焦距的两倍 Iv|WeSL.  
_d=&9d#=\  
}v$=
mLy  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） VU0tyj$  
zQj%ds:  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 5iI3u 7Mn1  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） ):\{n8~  
 离轴角决定了截切区域 SnF[mN'  
674oL,  
规格：参数概述（12° x 46°光束） s$\8)V52  
UV8r&O  
   k| cI!   
.fh?=B[o#  
光束整形装置的光路图 u+gXBU  
\^(vlcy  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 ?nSp?m;  
 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。 tfKeo|DM"  
&MQt2aL  
反射光束整形系统的3D视图  nIDsCu=A  
n]fbV/x  
/uz5V/i0  
68GGS`&  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 8\.1m9&r>o  
 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）。 (*WZsfk>/<  
@]"9EW 0  
详述案例 )~mc1U`b  
m^x\@!N:(  
模拟和结果 jhbH6=f4]^  
b`|MK4M(  
结果：3D系统光线扫描分析 u,,WD  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 od's1'cR  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 sPTUGx'  
K2MNaB  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd z*~PYAt  
g2>u]3
&W  
使用参数耦合来设置系统 $H@)hY8wA  
H_=[~mJ  
<07W&`Dw  
自由参数： =yh
fL2`aw  
 反射镜1后y方向的光束半径 V>uW|6  
 反射镜2后的光束半径 NE%yv,B  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） &trh\\I"  
 由于功能原理，所有系统参数（距离，焦距，直径）可以由光束参数分析计算。 WCl;#=  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 ts\>_/  
-xgmc-LGo  
mL5f_Fb+  
[*ovYpj^  
gH// TbS  
 mFoK76  
B:#0B[  
自由参数： L=
w
Fo^N  
 反射镜1后y方向的光束半径 safS>wM]  
 反射镜2后的光束半径 ]JPPL4wAT  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） {ZEXlNPww  
 基于光束发散角和直径（x和y方向）焦点，可以计算并设置反射镜的直径和距离z。 Y9y*":&%  
fvMhq:Bu  
I%C:d#p  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 zp-~'
kIJ  
|Pl{Oo+  
!enz05VW6.  
结果：使用GFT+进行光束整形 by<@Zwtf  
QR$sIu@%  
*"sDaN0@R  
A?k,}~  
JU1; /3(  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 Zw 8b -_  
X&oy.Roo  
|8{iIvi/  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 '?GZ"C2  
WvzvGT=  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 58'y~Ou  
A2_3zr
E  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： S,v>*AF  
n(Op<  
{&qsh9ob  
[m[~A|S  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd @@mW+16  
s\FNKWQ  
结果：评估光束参数 vm}.gQ  
'^3pF2lIw  
Z@O e}\.$  
 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。 l^?A8jG  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。 .T wF]v  
\J&#C(pn  
Dohe(\C@  
 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。 <%uZwk>#  
 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） r9*H-V$  
TsW6w  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd .h^Ld,Chj  
NVZNQ{  
光束质量优化 P,=J"%a-  
=C1Qo#QQ%  
>.~k?_Of  
 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。 xi=uXxl  
 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）。 ,?~,"IQyi[  
|sM#g1D@  
结果：光束质量优化 GhA~PjZS  
Vzm7xl [  
2DdLqZY#  
 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。 9gayu<J  
~x|Sv4M  
)WJI=jl  
oYx f((x  
 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。） wk/U"@lq  
aJ;R8(*;\  
RVy87_J1  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd &`W,'qD$  
aKr4E3`  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 w`f~Ht{wYR  
7
O :Gi*MA  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 Ggjb86v\  
*9^k^h(r&4  
<)rH8]V  
 这意味着参数变化是的正态 )dDmq  
s5#g[}dj  
 :Xr3 3  
-bQvJ`iF  
0_izTke  
 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。 sOenR6J<$  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 `o'sp9_3  
HXo'^^}q;  
@},k\Is  
f2f$aZ  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run 13 p
0w
 
NPabM(<`  
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） oD`BX  
]x
s\,}I%  
?"Q6;np*  
`XY[HK  
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。 ]TN}`]  
^r$5];n  
总结 3E:<  
:D-vE7  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 K?WqA
VK  
1.模拟 ]z NL+]1_  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 LnIJwD  
2.研究 Cvy;O~)  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 '.yr8  
3.优化 <3OV  
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。 T3Fh7S /  
4.分析 ?Kf@/jv  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 6Wp:W1E{`  
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。 B9\o:eY  
{'[1I_3  
参考文献 '(*D3ysU  
[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). 6, ~aV  
9!h+LGs(,  
进一步阅读 vkLG<Y  
Sj+#yct-  
进一步阅读 @,.H)\a4  
 获得入门视频 #UIg<:  
- 介绍光路图 so?1lG  
- 介绍参数运行 " OtLJ  
 关于案例的文档 fRmc_tx  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens CPG %*E*  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens )vzT\dQ|  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing rKx
k?}  
- BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair C:cu1Y9  
z/=v@@tj  
cj)~7 WF  
QQ：2987619807