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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2020-11-17
    光束传输系统(BDS.0005 v1.0) |BXg/gW  
    5H^ (2w  
    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 guR/\z$D@C  
    GbI/4<)l}  
    Z`i(qCAd(  
    i ct])  
    简述案例
    hZb_P\1X  
    :2`e(+Uz  
    系统详情 8s@3hXD&  
    光源 !N^@4*  
    - 强象散VIS激光二极管 xmoxZW:  
     元件 Vurq t_nb  
    - 光束准直和整形的反射元件(例如圆柱抛物面镜) $`8wJf9@w  
    - 具有高斯振幅调制的光阑 tH4B:Bgj!  
     探测器 KI.hy2?e  
    - 光线可视化(3D显示) 2=}FBA,2  
    - 波前差探测 ;'1d1\wiDQ  
    - 场分布和相位计算 ueNS='+m  
    - 光束参数(M2值,发散角) %BODkc Zh  
     模拟/设计 ca9X19NG  
    - 光线追迹(Ray Tracing:):基本系统预览和波前差计算 sLk-x\P]|  
    - 几何场追迹+和经典场追迹(Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing): DY*N|OnqJ  
     分析和优化整形光束质量 ]?4hyN   
     元件方向的蒙特卡洛公差分析 6S #Cl>v  
    p#tI;"\y  
    系统说明 i6Gu@( 8Q  
    /-s6<e!  
    r JB}qYD  
    模拟和设计结果 #-J>NWdt  
    yhJ@(tu.Gd  
    ar,7S&s H  
    场(强度)分布                                   优化后
    数值探测器结果 j>kqz>3  
    Zd+bx*rD  
    x)&\z}  
    7zc^!LrW<  
    <UCl@5g&  
    总结 ,!9zrYi}  
    O6Y0XL  
    实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 b,@/!ia  
    1.模拟 `vV7c`K?  
    使用光线追迹验证反射光束整形装置。 h+,@G,|D  
    2.评估 /L 3:  
    应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 []T8k9g/-  
    3.优化 d;>QhoiL  
    利用一个具有高斯形状孔径函数的光阑和经典场追迹引擎来优化M2参数。 Bw.i}3UT6  
    4.分析 30{ gI0jk  
    通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 7EJ+c${e.-  
    X>^fEQq"  
    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。 =~gvZV-<  
    JXx wr)i  
    详述案例 |j|rS5  
    UxBpdm%dvP  
    系统参数 '%;m?t% q  
    05R@7[GWq  
    案例的内容和目标 y7<|_:00  
    Y-9I3?ar  
    在BDS.0001,BDS.0002,BDS.0003和BDS.0004案例中,研究了折射光束传输系统。 l-3~K-k<@  
    Ort(AfW  
    kxCSs7J/  
     目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 $;PMkUE  
     之后,研究并优化整形光束的质量。 E{@[k%,_  
     另外,探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 iow"n$/  
    $VR{q6[0S?  
    模拟任务:反射光束整形设置 jWgX_//!  
    引入的反射光束整形装置是基于一个反射镜系统,此系统由两个抛物面圆柱反射镜镜与抛物面截面反射镜组成。焦点距离和镜子的位置取决于输入光束的发散角。 A}w/OA97RO  
    sos5Y}  
    ykJ>*z  
    7$#u  
    mZBo~(}  
    ,)io5nZF  
    规格:像散激光光束 b MBLXk  
    T4F/w|Q  
     由激光二极管发出的强像散高斯光束 A(XKyEx  
     忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 ~G w*r\\+  
    #z42C?V  
    "jCu6Rjd  
    !~Z"9(v'C  
    ,z6~?6m  
    0 "#HJA44  
    规格:柱形抛物面反射镜
    0{mex4  
                             kcEeFG;DQ  
     有抛物面曲率的圆柱镜 P {'b:C  
     应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 !m$jk2<  
     曲率半径等于焦距的两倍 4K74=r),i  
    z%kULTL  
    vSh`&w^*  
    规格:离轴抛物面圆柱镜(楔型) h];I{crh  
    8Y?;x}  
     对称抛物面镜区域用于光束的准直 !'Kj x  
     从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜(楔型) /RF7j;  
     离轴角决定了截切区域 ce(#2o&`  
    N g,j#  
      
    规格:参数概述(12° x 46°光束) w =KPT''!  
    GthYzd:'hJ  
       7Lt)nq-b  
    "#48% -'x  
    光束整形装置的光路图 M3AXe]<eC1  
    Ss`LLq0LO  
    I@3MO0V^  
     由于VirtualLab的相对坐标系统,则仅需设置z方向的距离。 ite~E5?#  
     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。 28nFRr  
     _4f;<FL  
    反射光束整形系统的3D视图 hOeRd#AQK  
    nDW9NQ  
    Debv4Gr;^  
    f!"w5qC^  
    光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 7o4\oRGV  
     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)。 fR|A(u#9  
    Ep}s}Stlr}  
    详述案例 cNH7C"@GVu  
    ;Qq\DFe.w  
    模拟和结果 y)*RV;^  
    <uJ@:oWG7  
    结果:3D系统光线扫描分析 ctUp=po  
     首先,应用光线追迹研究光通过光学系统 Y$zSQ_k;U  
     使用光线追迹系统分析仪进行分析。 pXUSLs  
    A=4OWV?  
    file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd 5X+A"X ;C  
    16 $B>  
    使用参数耦合来设置系统 xkn;,`t^lJ  
    BuwY3F\-O  
    UI#h&j5pW  
    自由参数: T;uX4,|(  
     反射镜1后y方向的光束半径 +qoRP2  
     反射镜2后的光束半径 M?qy(zb  
     视场角,这决定了离轴取向(这些值保存为全局变量) D]}G.v1  
     由于功能原理,所有系统参数(距离,焦距,直径)可以由光束参数分析计算。 |^aKs#va  
     对于此计算,应用了嵌入的参数耦合功能。 7 3m1  
    ceV}WN19l  
    ?8$Q-1=  
    MPV5P^@X  
    ^s=8!=A(  
    ]tD]Wx%  
    }*-@!wc-N  
    自由参数: PeT'^?>  
     反射镜1后y方向的光束半径 OY d !v`<  
     反射镜2后的光束半径 OCUr{Nh  
     视场角,这决定了离轴取向(这些值保存为全局变量) '%D7C=;^  
     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。 2|L&DF:G  
    ;fJ.8C  
    (?c-iKGc  
     如果这个例子评估20个参数,那么返回到光路图(LPD)。 ] @'!lhLi  
    @VBcJ{e,  
    Zh,71Umz  
    结果:使用GFT+进行光束整形 ,^:.dFH6  
    R8 T x[CJ5  
    >bxS3FCX  
    .h[:xYm  
    *Uh!>Iv;  
     现在,利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 p[-O( 3Y  
    :svq E+2  
    +:f"Y0  
     由于离轴设置,光线分布显示出轻微的不对称形状。 KP"+e:a%  
    +%&yJ4-  
     不过,场分布几乎是对称的(最好是使用伪色(false colors))。 yr6V3],Tp  
    <[phnU^ 8  
     产生的相位是完全平坦的,产生的波前误差: %$I;{-LD  
    [ }:$yg  
    y(&Ac[foS}  
    phK/   
    file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd >0gW4!7Y  
    TV:9bn?r)  
    结果:评估光束参数 #QPjk R|\  
    <GJbmRc|  
    p'k0#R$  
     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。 -} +[  
     在这个例子中,我们对光束半径,发散角和M2值感兴趣。 mR~&)QBP.  
    CAe!7HiR  
    z{6Z 11|  
     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。 9ati`-y2  
     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) ?5p>BER?  
    B1gR5p0  
    file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd @L`jk+Y0vF  
    ,_P-$lB  
    光束质量优化 O< I-  
    fOHxtHM  
    9^x> 3Bo  
     通常,使用合适的高斯调制光阑以用于优化M2值。 因此,我们使用测量的半径作为腰束半径(消除发散角)来生成一个高斯光束。 QWU[@2@%r  
     之后,将接收场转换成一个透射函数。 将该传输函数用作光阑(在一个透射函数元件中)。
    E{\2='3\  
    )_:NLo:  
    结果:光束质量优化 xoL\us`A  
    teP<!RKNb  
    NRuNKl.v  
     由于通过高斯孔径传播,光束显示出理想高斯形状。 因此,M2值在两个方向上几乎都是1。 }b}m3i1  
    hb-%_c"kq  
    u NyVf7u  
    %xW"!WbJ|  
     然而,光束半径是略有减少。(光束半径显示在最后一张幻灯片是由于其偏离了理想高斯。) Smh,zCc>s  
    7^Uv7< pw  
    y} '@R$  
    file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd TvM~y\s  
    WAqINLdX  
    反射镜方向的蒙特卡洛公差 m'U0'}Ld};  
    +t.b` U`-  
     对于公差,在随机模式下我们使用参数运行特性。 IBGrt^$M  
    h1RSVp+?n  
    54,er$$V  
     这意味着参数变化是的正态 xk5 ]^yDp  
    bD^owa  
    =wJX 0A|  
    } \f0 A-  
    mv><HqDL1  
     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。 qK+5NF|  
    这意味着,波前对对齐误差很敏感。 b>W %t  
    -LSWmrj  
    i%/+5gq  
    / FII07V  
    file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run FmW(CGs  
    [^)g%|W  
    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) (:_$5&i7  
    1 zZlC#V  
    [0of1eCSl  
    b>|6t~}M  
    由于波前差和因此校准的偏差更大,M2值明显增加。可以使用高斯孔径来减少。 Xvv6~  
    -=="<0c  
    总结 gi8FHSU|G  
    M:8R -c#![  
    实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 ! if   
    1.模拟 0sqFF[i  
    通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 oDR%\VY6T  
    2.研究 \zY!qpX<  
    为了计算场分布和评价光束参数,应用几何场追迹+(GFT+)引擎。 9x8fhAy}4  
    3.优化 7_L;E~\  
    通过使用显示出高斯整形孔径函数和经典场追迹引擎来优化M2参数。 s%S  
    4.分析 Y73C5.dNcE  
    通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 do%&m]#;  
    可以使用VirtualLab Fusion非常有效地模拟和分析复杂的光束整形装置,尤其是离轴系统。为此,根据情况应用不同的模拟引擎。 yevPHN"M  
    pRqx`5 }  
    参考文献 j.Hf/vi`z  
    [1]M. Serkan, H. Kirkici, and H. Cetinkaya, “Off-axis mirror based optical system design for circularization, collimation, and expansion of elliptical laser beams”, Appl. Optics 46, No. 22, 5489-5499 (2007). hM{bavd  
    w(/S?d  
    进一步阅读 eavV?\uV%  
    zda 3 ,U2o  
    进一步阅读 \G[$:nS  
     获得入门视频 F847pyOJnf  
    - 介绍光路图 @- xjfC\d  
    - 介绍参数运行 s*[bFJwN  
     关于案例的文档 53D]3  
    - BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens E.TAbD&5(  
    - BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens \<' ?8ri#  
    - BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing |N2#ItBbW  
    - BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair +nL[MSw  
    WLT"ji0w2  
    Wc#24:OKe3  
    QQ:2987619807
     
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