[分享]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） 50-7L,  
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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 Ua 6O~,\  
H%U  
#I0FWZ>W  
9=]HOUn
 
简述案例 [#Gu?L_W  
qg`ae  
系统详情 OF']-  
 光源 &`n:
AR`  
- 强象散VIS激光二极管 {Hl(t$3V`  
 元件 sGtxqnX:J  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） JluA?B7E  
- 具有高斯振幅调制的光阑 1) 2-UT  
 探测器 \9V_[xD+  
- 光线可视化（3D显示） pqpsa'  
- 波前差探测 D3dh,&KO\  
- 场分布和相位计算 \M@IKE  
- 光束参数（M2值，发散角） u;rmqo1  
 模拟/设计 .U|'KCM9m  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 _zM?"16I}  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： YQd($  
 分析和优化整形光束质量 yy8BkG(  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 @^YXE,  
H.{Fw j4  
系统说明 K3 BWj33  
((`{-y\K  
Wc+(xk  
模拟和设计结果 YQ?hAAJ  
Ji!i}UjD7!  
数值探测器结果 Khi6z&B  
5ILKYUg,  
>m1b/J3#  
a1I-d=]  
Z'k?lkB2i  
总结 lN5PKsGl  
Ce<z[?u  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 RPeH[M^  
1.模拟 p7`9 d1n  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 Y]`=cR`/"  
2.评估 > _sSni  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 @"fv[=Xb  
3.优化 B\rY\  
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。 ",gVo\^  
4.分析 CStNCBZ|\  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 l6WEx -d  
b~>@x{  
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。 cW0\f5[/  
p2b~k[  
详述案例 Gd\/n*j  
8h|}Q_  
系统参数 ^znUf4N1  
Wq}6RdY$ZA  
案例的内容和目标 vD9.X}l]  
!L9|iC:8  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 GOA dhh-  
;7qzQ{Km  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 DpmAB.  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 Z*q&^/N  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 JLWm9c+UTG  
a6z0p%sIZ  
模拟任务：反射光束整形设置 o!+'<IQ'  
引入的反射光束整形装置是基于一个反射镜系统，此系统由两个抛物面圆柱反射镜镜与抛物面截面反射镜组成。焦点距离和镜子的位置取决于输入光束的发散角。 |*zgX]-+;  
O_2o/  
58#nYt  
P6>C+T1  
lbovwj  
UJL'4 t/  
规格：像散激光光束 \^y~w~g?  
xh#_K@8  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 r 56~s5A  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 s1Wn.OGR4  
0$Mxu7 /  
.0U[nt6  
*zweZG8:  
\oxf_4X  
SFuSM/Pf  
规格：柱形抛物面反射镜 FPK=Tr:b  
                         I'{Ctc  
 有抛物面曲率的圆柱镜 Oz(=%oS  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 &_;=]ts  
 曲率半径等于焦距的两倍 hUvA;E(qD  
&DYC3*)Jih  
=<9Mv+Ry8  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） 7vPGb:y  
NF |[j=?  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 ti1R6oSn  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） $;ny`^8  
 离轴角决定了截切区域 a $'U?%  
A9ld9R  
规格：参数概述（12° x 46°光束） =$#5Ge]b  
zD8$DG8  
   N,9~J"z  
45%D^~2~F  
光束整形装置的光路图 0;`FS/[(f  
M{)eA<6  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 IR2Qc6+{  
 因为离轴抛物面镜的位置是相对于它的焦点，那么到反射镜2的距离z必须是负的。 d?YSVmG  
dQp>z%L)  
反射光束整形系统的3D视图 Q8l vwip  
YT[=o}jS  
tJtp1$h  
_RzoXn{1e  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 l>i:M#z&  
 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）。 oLlfqV,|L\  
*&_A4)  
详述案例 D2o|.e<r  
{s6#h#U  
模拟和结果 u0?TMy.%  
%O[1yZh \  
结果：3D系统光线扫描分析 dn42'(p@G  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 Q-G8Fo%#,E  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 2|RxowXZ"  
Eoo[H2=^H  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd q]!FFi{w;  
5mudww`  
使用参数耦合来设置系统 _m a;b<I/<  
K!>3`[:I"  
 +
+8 Xi1  
自由参数： 8QKu  
 反射镜1后y方向的光束半径 ~% ]V,-4  
 反射镜2后的光束半径 i6;rh-M?.  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） v{
1g`E  
 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。 ]5ibg"{S  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 ^Nav8dma  
B<@a&QBTg  
Rdd9JJsVd  
T{#=A$vu  
`-W4/7  
8)
`  
{JKG-0)z?  
自由参数： <X1[j9Qtv0  
 反射镜1后y方向的光束半径 oc-o>H  
 反射镜2后的光束半径 K6~')9Q  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） Xpkj44cd@  
 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。 !([v=O#
 
QqeF   
)J[Ady^5  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 K_N`My
 
4l/~::y  
&XhxkN$8  
结果：使用GFT+进行光束整形 IL*MB;0>  
DAMw(  
X0$?$ta  
>Ij#+=  
* _,yK-et  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 2v*X^2+  
jM'Fb.>~  
~ :B/`1[m  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 &Fm
en;(  
f,@~@f X  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 `soQp2h-  
$VxuaOTyVZ  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： G%%F6)W  
6H|T )  
ZU9RvtbKB  
Mw;^`ZxT  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd " M&zW&  
"KY]2v.  
结果：评估光束参数 %Si3LQf  
U[@B63];0  
:f RGXrn  
 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。 I=K<%.  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。 kw1Lm1C  
z-S8s2.Fd  
f5nAD  
 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。 v[m1R'  
 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） /q`f3OV"  
&#]||T-  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd Nn5sD3z#  
F@X8a/;F-  
光束质量优化 $)(Zt^  
Pv8AWQQJ  
CT{X$N  
 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。 OadGwa\:s  
 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）。 C2 !F  
mgEZiAV?  
结果：光束质量优化 Bq85g5Dc  
16N`xw+{  
OgyHX>}bH  
 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。 !AL?bW  
dC">AW  
gHU0Pr9'  
m] IN-'  
 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。） YW-Ge  
YccD^w[`B  
C5#$NV99p  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd ?~~,?Uxw!  
rP&.`m88n  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 \OF"hPq  
RXbZaje$  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 }9&~+Q2  
_5768G`P  
xTdh/}  
 这意味着参数变化是的正态 x$V[xX  
EF'U`\gX  
Y<`uq'V  
9=MxuBl  
zQ,ymfT  
 对于这个例子，假设每个反射镜都有±0.1°的角度偏差（绝对的方向）。 由于这个偏差，整形光束的波前差明显增加。 f
TA%HsvU:  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 uTUkRqtD!  
?s{Pp  
J.npv1F  
QPwUW  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run l,
M?  
I!,FxOM|$  
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） Ha/-v?E  
T$9tO{  
Tk0Senq,  
UR.l*+<W7  
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。 A!!W\Jt  
=wX(a  
总结 5?4jD]Z  
Z&0*\.6S~  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 UPJ3YpK  
1.模拟  |<1  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 '|l1-yD_  
2.研究 GbZqLZ0  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 HrQft1~N  
3.优化 2=xjgK  
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。 Qa=v }d-O  
4.分析 BDT1qiC  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 V@Fj!/  
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+'QJ7fw'|  
6N'v`p8  
参考文献 ojZvgF
 
[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). c2<JS:!*  
P_ x9:3  
进一步阅读 r%~/y  
} ^67HtNQ  
进一步阅读 J(\f(jh/  
 获得入门视频 sKI{AHJ?X  
- 介绍光路图 oefhJM!y  
- 介绍参数运行 7nAB^~)6l  
 关于案例的文档 bjEm=4FI;  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens BiUbg6T.G  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens 7 xm>+(  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing xA>O4SD  
- BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair 7R`:^}'>  
*XZlnO  
#^fDKM  
QQ：2987619807