[分享]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） ow  
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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 ^q_wtuQ  
] g<$f#S  
*s#6e}  
4X",:B}  
简述案例 ZbiC=uh  
,RDWx  
系统详情 :@@`N_2?  
 光源 cNT !}8h^  
- 强象散VIS激光二极管 dDSb1TM  
 元件 Yecdw'BW?  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） ]#[4eaCg  
- 具有高斯振幅调制的光阑 kL8E#  
 探测器 C?k\5AzT  
- 光线可视化（3D显示） W[k rq_c-  
- 波前差探测 E7i/gY  
- 场分布和相位计算 ,cxe"U  
- 光束参数（M2值，发散角） 0i"2s}^+_  
 模拟/设计 Ie K+  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 A9g/At_
  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： CzY18-L@EX  
 分析和优化整形光束质量 TV0sxod6  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 t^Lb}A#$4  
q sUBvq  
系统说明 H5#]MOAP
 
8KN3|)  
w >%^pO~}`  
模拟和设计结果 ?(U;T!n  

@ ;@~=w  
数值探测器结果 .#Nf0  
?w!8;xS8  
CJh,-w{wJ"  
0'THL%lK  
WUjRnzVM  
总结 l.]wBH#RS  
3UmkFK<  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 #AP;GoIf"j  
1.模拟 _;0RW  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 D5oYcGc  
2.评估 %~k>$(u6  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 JWaWOk(t=?  
3.优化 g\q4
-  
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。 YjnQ@IfIH  
4.分析 h)fsLzn]Tf  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 sV-PR]  
?%8%1d  
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。 M9o/6  
_
yJz:pa  
详述案例 Z*f%R\u  
k0N>J8y  
系统参数 !'rdHSy
 
_68vSYr  
案例的内容和目标 lyFlJmi,r  
:!Dm
,PP%  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 z;P#  
&]LpGl  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 !hM`Oe`S  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 h~]e~u V  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 N8df1>mW  
4eB oR%2o  
模拟任务：反射光束整形设置 pnE]B0e  
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。 %7 yQ0'P  
g 8uq6U  
#]5KWXC'~  
jIr\.i  
~]RfOpq^w  
J5F@<vi  
规格：像散激光光束 1kpw*$P0  
j;b>~_ U%  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 %*!6R:gAp  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 &L5 )v\z  
kppi>!6  
^^7@khmNl  
 !QvmzuK  
.tGz,z}  
S>h\D
4.  
规格：柱形抛物面反射镜 eR>
8V8@  
                         jSHFY]2  
 有抛物面曲率的圆柱镜 =No#/_  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 l1lYb;C  
 曲率半径等于焦距的两倍 {DKZ~  
fNu/>pN  
h%$^s0w  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） zj] g
^c;  
(0#$%US\  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 ?Y -;781  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） 4G' E<ab  
 离轴角决定了截切区域 Ssz;d&93  
YaSBIq{z  
规格：参数概述（12° x 46°光束） >g>r_0.  
PKntz7  
   6lg]5d2CD  
'R'hRMD9o  
光束整形装置的光路图 1hCU"|VH:  
D8u`6/^  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 'Ca;gi !U  
 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。 c%hXj#;  
y;fF|t<y  
反射光束整形系统的3D视图 ^78N25RU(  
{V(~  
W!\%v"  
a}f/<-L  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 6@/k|t>OT  
 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）。 v!ai_d^  
ko[d axUB  
详述案例 '6){~ee S  
&xB9;v3
 
模拟和结果 oz.z>+Q  
@ewi96  
结果：3D系统光线扫描分析 X>uLGr>  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 i}C%8}%  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 -hm/lxyU  
/1{
:uh$  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd .'H$|"(v  
L)\<7  
使用参数耦合来设置系统 DjN1EP\X
x  
:7.k E  
^&mrY[;S  
自由参数： fg
j$ u  
 反射镜1后y方向的光束半径 tw<Oy^i  
 反射镜2后的光束半径 ulW>8bW&  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） Pf%I6bVN9  
 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。 ke;=Vg|  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 sUc[!S:/  
\}.bTca  
W<#!He  
9Xa.%vw>  
j5:4/vD  
Z&iW1  
2 yANf  
自由参数： Xp06sl7 M  
 反射镜1后y方向的光束半径 P/[RH e  
 反射镜2后的光束半径 Xgn
NYy6W  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） 4OJD_  
 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。 %B#T"=Cx  
Vq-Kl[-|  
>jmHe^rH  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 ]u-bJ  
6S{F4v2/0  
=8*ru\L:hr  
结果：使用GFT+进行光束整形 O>nMeU  
iJoY
xx  
+L'Cbv="  
:tnW ivrwR  
xq,ql@7  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 BGj!/E  
V0 Z8VqV  
n^|xp;] :  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 d6[' [
dG  
d*6/1vyjT  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 =Gzs+6A8  
}{@y]DcdM4  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： 4<PupJ  
J| wk})?  
GLZ*5kw  
ey9hrRMR  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd b|Ge#o  
ZDp^k{AN9a  
结果：评估光束参数 .nVY" C&  
SKNHLE}  
/\mY
Xi\  
 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。 u$5.GmKm  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。 ~Yl.(R  
#m
<uG5l`  

$?z}yx$  
 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。 3!sZA?q  
 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） *$R9'Yo}F  
hPG@iX|V  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd o(?9vU  
( [a$Z2m  
光束质量优化 8|\ -(:v  
z(.,BB[  
#tsP  
 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。 u0k'Jh]K  
 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）。 N>a~k}pPH  
ju;OQC~[L]  
结果：光束质量优化 ONpvx5'#  
@Z#h?:  
*Od?>z  
 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。 adri02C/  
4:O.x#p  
kRwY#  
 %rlqq*  
 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。） Uj 4HVd  
_ Dz*%  
q^^R
|X1  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd }#E]efjs  
1/ j>|  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 %qeNC\6N  
V(LfFO{^>?  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 A@d 2Ukv  
e&ZH 1^O  
4)}>dxv  
 这意味着参数变化是的正态 Z]2z*XD  
$K\e Pfk  
G[>CBh5  
L$!2<eK  
@J6r;4|&  
 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。 kt_O=  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 I(&N2L$-  
%1GKN|7  

uuh._H}-  
n|Y}M]u,  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run C-,#t5eir  
KX!/n`2u  
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） n[i:$! ,  
qJl DQc-  
w&es N$2  
G i(  
由于波前差和因此校准的偏差更大，M2值明显增加。可以使用高斯孔径来减少。 L:@COy  
k'e1ZAn  
总结 H0lW gJmi|  
YB)I%5d;{  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 &ID
T[J  
1.模拟 As^eL/m2L  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 N;}X$b5Y @  
2.研究 d%q&[<'jf  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 t(.vX  
3.优化 2t?>0)*m  
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。 vGJw/ij'X  
4.分析
;8e}X6YU  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 9MQwc  
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。 Dcs O~mg  
&:g1*+  
参考文献 S @!z'$&  
[1]M. Serkan, H. Kirkici, and H. Cetinkaya, “Off-axis mirror based optical system design for circularization, collimation, and expansion of elliptical laser beams”, Appl. Optics 46, No. 22, 5489-5499 (2007). ,PKUgL}w  
+>u 8r&Jw.  
进一步阅读 6y?uH;SL  
0d~?|Nv -  
进一步阅读 [(8s\>T  
 获得入门视频 W_/$H_04+  
- 介绍光路图 mQU t 'j4  
- 介绍参数运行 ao(Lv+   
 关于案例的文档 ?e+y7K}"]  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens
m*7RC4"J  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens s{Y-Vdx  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing u-.nR}DM_  
- BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair g*4^HbVxt  
2*n~r  
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QQ：2987619807