[分享]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） MuI>ZoNF  
ou V%*<Ki  
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 OQ*BPmS-   
]]"O)tWHj  
?F=^& v8  
#LU<v  
简述案例 }Zuk}Og9+  
"2m (*+  
系统详情 u([|^~H]  
 光源 xOY %14%Y  
- 强象散VIS激光二极管 Q3h_4{w  
 元件 `PoFKtVXM  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） =5l20 Um  
- 具有高斯振幅调制的光阑 &d,!^9  
 探测器 !{S& "  
- 光线可视化（3D显示） AT{rg/oSf  
- 波前差探测 uT :Yh6  
- 场分布和相位计算 .Tm m  
- 光束参数（M2值，发散角） ;URvZ! {/Z  
 模拟/设计 .dwy+BzS  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 Q%T[&A}3B  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： NpPuh9e{  
 分析和优化整形光束质量 iY[+BI:  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 6<hE]B)  
'r0kX||  
系统说明 %$Smei
 
 WPu-P  
9'" F7>d  
模拟和设计结果 #lDW?  
w!kWG,{C  
数值探测器结果 fFe{oR   
)hy(0 D  
_GbwyfA n#  
d Y
liC  
tEam6xNf,  
总结 DWwPid} "  
|O';$a1S  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 kfW"vI+d  
1.模拟 p[^a4E_v  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 1OI/,y8}  
2.评估 Tb!Fv W  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。
l^k/Y ]  
3.优化 E;MelK<8(  
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。 0d|DIT#>?  
4.分析 BB9+d"Sq  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 '#eY4d<i]n  
&l8eljg  
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。 C{<H)?]*BF  
jY1^I26E  
详述案例 $o%:ST4  
ks|c'XQb  
系统参数 Rp0`%}2 o  
E#zLm  
案例的内容和目标 "tF#]iQQ u  
5._1G| 3  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 J`[v u4  
FQh8(^(  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 LX8A@Yct  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 e2_p7   
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 =THRyZCH  
)R^&u`k  
模拟任务：反射光束整形设置 E (.~[-K4  
引入的反射光束整形装置是基于一个反射镜系统，此系统由两个抛物面圆柱反射镜镜与抛物面截面反射镜组成。焦点距离和镜子的位置取决于输入光束的发散角。 q|zips,  
!)4'[5t"U  
=9!|%j  
/g)(  
UC@Jsj~f  
Ly P Cc|  
规格：像散激光光束 #V$h?`qhwr  
q@&6&cd  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 y!M# #K*  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 ^61;0   
?1.WF}X'  
nKnQ%R  
5ktFL<^5T  
q|ZzGEj:OV  
9)*218.  
规格：柱形抛物面反射镜 )#l&BV5  
                         %?X6TAtH  
 有抛物面曲率的圆柱镜 g#%Egb1  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 LsxRK5  
 曲率半径等于焦距的两倍 !~Ptnr`;  
(91 YHhk{  
\C<'2KZR,  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） lBzfBmEB  
,4HZ-|EOZ  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 #b9V&/ln  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） (Xl+Zi>\{  
 离轴角决定了截切区域 | Di7,$c  
:MihVLF  
规格：参数概述（12° x 46°光束） }2hU7YWt  
B|K^:LUk9  
   tGJJ|mle>  
VDFs
.;:s  
光束整形装置的光路图 7/
zaf  
(L*<CV  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 K=1prv2  
 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。 -Q6Vz=ku  
/'a\$G"%6  
反射光束整形系统的3D视图 7.kgQ"?&  
_>J`e7j+  
4rLc] >  
"*LQr~k~}  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 SUDvKP  
 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）。 dpvEY(Ds  
[jR>.H'  
详述案例 NG8F'=<  
RiZ)#0  
模拟和结果 G 2`hEX%  
I7HGV(  
结果：3D系统光线扫描分析 K'f^=bcI  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 3BSZz%va  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 yqC158 P  
lnGg1/
  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd cB)tfS4)  
^^g u  
使用参数耦合来设置系统 \]0#jI/:  
PJT$9f~3;.  
#&b<D2d  
自由参数： RI<&cgWn+<  
 反射镜1后y方向的光束半径 &b'{3o_KN  
 反射镜2后的光束半径 N/eus"O;  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） WRrg5&._q  
 由于功能原理，所有系统参数（距离，焦距，直径）可以由光束参数分析计算。 Lvrflx*Q  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 hka%!W5  
,Jx.Kj.,  
U|<>xe*|%  
7x]q>Y8T  
{v"Y!/ [z  
,$Cr9R&/  
YU XxQ|  
自由参数： i91k0q*di  
 反射镜1后y方向的光束半径 /9,y+"0SQz  
 反射镜2后的光束半径 a'g&1N0Rc  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） shEAr*u  
 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。 u2IU/z8 ^  
2%|n}V[  
}~p%e2<  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 3:)_oHq  
0+k..l  
>S8 n8U  
结果：使用GFT+进行光束整形 %f?Zg44  
^Rtxef  
;U3K@_  
VUOe7c=  
SW5n?Qj3-  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 sm{/S*3  
$wyPGok  
x=-(p}0o;<  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 e jR_3K^  
q8uq%wf  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 ~Kl"V%>  
[E+J=L.l  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： A]1dR\p  
1<cx!=w'  
I Bko"|e@  
3dJiu  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd i/Nc)kKL  
HCx0'|J  
结果：评估光束参数 Mf !S'\  
'V8o["P  
Igw2n{})w  
 从生成的整形光束场分布，可以评估光束参数。 可以直接通过使用探测器界面实现。 KdD~;Ap$  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。 ;mg.} fI  
]+b?J0|P<  
?B@3A)
a  
 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。 pNZ3vTs6  
 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） 2jlz#Sk  
$Ld-lQsL  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd k2fJ  
b~B'FD  
光束质量优化 s>1\bio*I  
BS?i!Bm7  
v$+A!eo  
 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。 NJmx(!Xsh  
 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）。 Udf\;G@  
Vk2%yw>  
结果：光束质量优化 |`pBI0Sjo  
K:% MhH-  
@=2u;$.  
 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。 '+ mI  
DC8\v+K  
n2:Uu>/  
-[&Z{1A4x4  
 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。） Qmb+%z  
K9Onjs%U  
s];0-65)  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd >DbG )0|  
W7(5z  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 $at\aJ  
-ik=P]?  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 AZ4
:3}  
I2pE}6q  
Dx=RLiU9  
 这意味着参数变化是的正态 x>,wmk5)  
+>AVxV=A#  
 Lsai8 B  
u\/TR#b  

mM2I  
 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。 f="ZplW  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 Nq^o8q_  
Bn%?{z)  
@P>>:002/  

C3N1t  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run st~l||  
8zcSh/
 
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） Wb#<ctM>  
MRZN4<}9  
8r:T
&)v  
<AiE~l| D  
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。 dd;rnev+  
?R4u>AHS@  
总结 YXmy-o>  
\zBZ$5 rE  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 '66nqJb*  
1.模拟 Cs,Cb2[  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 S6C D
K:  
2.研究 k]P'D .  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 9b&;4Yq!f  
3.优化 R?,v:S&i7;  
通过使用显示出高斯整形孔径函数和经典场追迹引擎来优化M2参数。 ;
Xqi;EA  
4.分析 k_Sm ep  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 3RI6+Cgmn  
可以使用VirtualLab Fusion非常有效地模拟和分析复杂的光束整形装置，尤其是离轴系统。为此，根据情况应用不同的模拟引擎。 *-.`Q  
W5()A,R  
参考文献 j9w{=( MV  
[1]M. Serkan, H. Kirkici, and H. Cetinkaya, “Off-axis mirror based optical system design for circularization, collimation, and expansion of elliptical laser beams”, Appl. Optics 46, No. 22, 5489-5499 (2007). R#?atL$(  
0F6@aQ\y3  
进一步阅读 TEGg)\+D>  
Uqx@9z(  
进一步阅读 /UY'E<wBx  
 获得入门视频 Jk:ZO|'Z  
- 介绍光路图 l}T@Cgt  
- 介绍参数运行 4PR&67|AH_  
 关于案例的文档 w@YPG{"j  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens foY]RkW9  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens N6T  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing 4x=sJ%E  
- BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair |mdf 
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Oml /;p  
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QQ：2987619807