[分享]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） L$=@j_V2  
;2Db/"`t  
二极管激光光束使用无色散离轴反射装置进行准直和整形 bE#=\kf|  
g]EDL<b  
T]Gxf"mK  
XSyCT0f08  
简述案例 6F6[w?   
3$ cDC8  
系统详情 1sl^+)z8  
 光源 )IPnSh
/<  
- 强象散VIS激光二极管 r5jiB L~  
 元件 IT! a)d  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） )z&0 g2Am  
- 具有高斯振幅调制的光阑 kT@RA}  
 探测器 :@jhe8'w  
- 光线可视化（3D显示） .=~beTS'Vo  
- 波前差探测 a\S"d  
- 场分布和相位计算 nF~</>  
- 光束参数（M2值，发散角） gP"p7\ (  
 模拟/设计 /%EKq+ZP  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 7Fw`s@/%  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： L]hXAShmb  
 分析和优化整形光束质量 F,Y@  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 AFcsbw  
1@q~(1-o  
系统说明 ^"7tfo8  
k$UgTZ  
Y:[WwX|  
模拟和设计结果 `*cT79  
s\i=-`  
数值探测器结果 e:hkWcV  
qg#TE-Y`  
}M'h5x  
mA}-hR%  
'bGL@H  
总结 g <^Y^~+E  
[
/hS5TG|7  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 u +q}9  
1.模拟 ;v'7l>w3\w  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 La48M'u  
2.评估 3p{N7/z(  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 N]R<EBq  
3.优化 IG0$OtG  
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。 OLUQjvnU  
4.分析 ?z%@;&  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 /AV [g^x
2  
x7K   
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。 _/bFt6  
wNL!T6"G  
详述案例 ljVtFm<  
}1]/dCv  
系统参数 !|_b
}/  
vK6YU9W~J  
案例的内容和目标 >Z?fX  
4@OnMj{M  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 c[E{9wp v  
RR!(,j^M  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 r/1:!Vu(  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 35z]pn%L  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 (RG\U[  
r \H+=2E'  
模拟任务：反射光束整形设置 pg~vt
eq5  
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。 IGv_s+O-*  
.+>w0FG.  
Q:eIq<erY  
H
`q" _p:  
;Q&38qI  
u8qL?Aj^  
规格：像散激光光束 WRU/^g3O@'  
k%E9r'Ac  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 #\N?ka}!  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 gP8Fe =]  
ta"/R@ k*  
;'l Hw]}O*  
%<$CH],%  
4"1OtBU3  
5w"f.d'  
规格：柱形抛物面反射镜 "6_#APoP  
                         16/+ O$#y  
 有抛物面曲率的圆柱镜 j}XTa[  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 O$
u;]cg  
 曲率半径等于焦距的两倍 *6 -;iT8  
5r"BavA  
5MV4N
[;  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） J XKps#,(#  
iY"I:1l.  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 KJWYG^zI  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） %HSS x+2oR  
 离轴角决定了截切区域 W"Hjn/xSS  
{`QF(WL  
规格：参数概述（12° x 46°光束） Oh6_Bci  
=<fH RX`  
   hPr*<2mp  
N[X%tf\L]F  
光束整形装置的光路图 9qD/q?Hh$  
hj64E
S#x  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 A[J9v{bD  
 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。 LinARMPv  
2+"=i/8  
反射光束整形系统的3D视图 MK9?81xd  
b7R#tT  
^(m`5]qr7J  
vE/g{~[5  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 Ug^C}".&  
 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）。 5~k-c Ua  
9(lIz{  
详述案例 SF+ ^dPwj  
udtsq"U_%  
模拟和结果 *LcLYxWo  
EceZ1b  
结果：3D系统光线扫描分析 I9*o[Jp5  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 r4t|T^{sl  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 P]!$MOt  
I=D{(%+^d  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd wOE_2k  
/k<*!H]KSg  
使用参数耦合来设置系统 5FqUFzVqsl  
"F>-W\%  
<y'B !d#  
自由参数： g3n^ <[E  
 反射镜1后y方向的光束半径 ?"+'OOqik  
 反射镜2后的光束半径 /' L20aN2  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） X0b :Oiw  
 由于功能原理，所有系统参数（距离，焦距，直径）可以由光束参数分析计算。 Wd$N[|  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 . hHt+  
&=|W95  
ar+mj=m  
#W 1`vke3  
R*.XbkW~  
oV?tp4&  
Jx-^WB  
自由参数： COv#dOw  
 反射镜1后y方向的光束半径 i051qpj  
 反射镜2后的光束半径 pTUsdao^,  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） 9Q=g]int 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。 ]w%7/N0R  

NrVQK}%K  
(~-q}_G;Q  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 }@@1N3nnxV  
 &N0W!  
h 7kyz  
结果：使用GFT+进行光束整形 v|_?qBs"  
%xxe U  
[=e61Z  
'\1%%F7  
<y*#[:i  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 ,qiS;2(  
|F<U;xV$p  
$f>WR_F  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 JC{}iG6r+  
$>/J8iB  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 )[9L|o5D  
{0QD-b o  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： qTqvEa^X`  
mwbkXy;8  
0J$wX yh  
BxZ}YS:  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd dyWWgC%A  
-2> L*"^  
结果：评估光束参数 p: sn>Y  
b_V)]>v+  
FD|R4 V*3  
 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。 1{o CMq/v  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。 =6  
P_-zkw  
ddnWr"_  
 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。 qFUpvTe  
 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） m{%_5nW  

J)(]cW.  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd V2,.@j#  
'U1r}.+b>  
光束质量优化 MLBZmM '  
nkhM1y  
}'H Da M  
 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。 ,z%F="@b9  
 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）。 d/t'N-m  
3J'a  
结果：光束质量优化 s
]QzNc  
_rs#h)  
0QC*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。  .)cOu>  
aOYd"S}u  
_LK>3Sqd  
\Z+v\5nmO  
 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。） N`iK1n4X  
;"Ot\:0  
0-|1}/{4  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd Do_L  
//LXbP3/  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 >F-J}P  
^<% w'*gR  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 :A[bqRqe  
n]j(tP  
RhQOl9  
 这意味着参数变化是的正态 A<TJ3Jp]  
zG@!(  
|23 }~c,  
(nE$};c<b2  
uO^{+=;A=  
 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。 jG.*tuf  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 o9~qJnB/O  
MfL q h  

uWfse19  
T.1z<l""  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run <0kRky$  
L7jz^g^  
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） sdO;vp^
:b  
C*78Zw
Z  
yRgo1ow]  
9CN /v  
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。 v5 9>  
N%?o-IY  
总结 Ffhbs D  
F2:7UNy,  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 jr9ZRHCU  
1.模拟 +s S*EvF  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 tNUcmiY  
2.研究 {(tE pr  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 C$(t`G  
3.优化 !t_,x=  
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。 O]PfQ  
4.分析 _c(=>  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 l+N?:E$5=%  
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。 jOuv\$  
cX=` Tl  
参考文献 3] @<.  
[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). FSBCk  
I|LS_m  
进一步阅读 9
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>WD^)W fa  
进一步阅读 vc!S{4bN  
 获得入门视频 \u/5&[;  
- 介绍光路图 N%_~cR;  
- 介绍参数运行 ad~ qr n\  
 关于案例的文档 21WqLgT3 4  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens PIrUls0}  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens K9P"ncMt  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing P"]+6sm&es  
- BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair xUw\Y(!  
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I|ULf  
QQ：2987619807