[分享]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） Lo +H&-  
W!a'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 Pm|S>r  
0-Wv$o[  
+?0r%R%\  
+3-f$/po  
简述案例 VQ4rEO=t  
W)u9VbPk[  
系统详情 f5#VU7=1F2  
 光源 4?aNJyV%&  
- 强象散VIS激光二极管 ET~^P  
 元件 EB5^eNdL  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） s&-dLkis{u  
- 具有高斯振幅调制的光阑 5g phza  
 探测器 *Di ;Gf@  
- 光线可视化（3D显示） F2$?[1^f  
- 波前差探测 v <E#`4{  
- 场分布和相位计算 ztV%W6  
- 光束参数（M2值，发散角） ,Z[pLF  
 模拟/设计 xGK"`\V  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算
b!z=:  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： u%nhQ%  
 分析和优化整形光束质量 hKN/&P^  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 F6 f  
Pb/[945  
系统说明 Y9nyKL  
m2to94yh  
UphZRgT!N  
模拟和设计结果 [vcSt5R=  
3>k?-%"  
数值探测器结果 jN sM&s,  
X%Ta?(9|.^  
A
{\!nq_~N  
e `IL7$  
lC=T{rR  
总结 r?=3TA
A  
=tqChw   
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 AF"XsEt.e  
1.模拟 vO
BXAF  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 `5
t CmU  
2.评估 {
3\{aZ8)  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 =~{W;VZt'  
3.优化 Zs}EGC~&  
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。 #e$vv!&}  
4.分析 cAzlkh  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 78FK{Cr  
@s~*>k#"#  
对于复杂的光束整形装置，特别是离轴系统，可以使用VirtualLab来进行高效的模拟和分析。模拟过程中，根据情况应用不同的模拟引擎。 kr5'a:F)  
Yj>ezFo  
详述案例 8fQaMn4V  
8
7:V-*8  
系统参数 WlnS.P\+E  
'=>l& ;  
案例的内容和目标 C: a</Sl  
e2MjV8Bs  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 B3V+/o6  
H@ .1cO  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 {$)pkhJ  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 ,M$J yda  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 ]YwvwmZ  
(Ei} :6,}  
模拟任务：反射光束整形设置 H.[t&VO  
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。 3+WostOx  
OJPi*i5*  
.oxeo0@~  
!_j6\r=  
[35>T3Ku  
@7OE:& #V  
规格：像散激光光束 6ragRS/'x  
eLN[`hJ  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 )TyI~5>;  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 qM:*!Aq0g  
_&/2-3]\B  
"!_,N@\t  
5D`!Tu3  
XFWo"%}w  
&cB+la\_  
规格：柱形抛物面反射镜 (j884bu  
                         ]`_eaW?Ua  
 有抛物面曲率的圆柱镜 ue"e><c6:  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 %pr}Xs(-f  
 曲率半径等于焦距的两倍 CGJ>j}C  
L$ ZZ]?7j  
8Hh=Sp^  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） )dZ1$MC[  
w.R2' WR  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 bKP@-<:]  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） =z +iI;  
 离轴角决定了截切区域 +pJ~<ug]  
v!%VH?cA8  
规格：参数概述（12° x 46°光束） ^F`\B'8MF  
Q(ec>+oi  
   :,Ad1(  
yu@u0vlc  
光束整形装置的光路图 [rtMx8T  
&L4>w.b"N  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。
Ts 1  
 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。 W,sPg\G 3  
:tcqb2p  
反射光束整形系统的3D视图 3[}w#n1  
6eHw\$/  
E8PlGQ~z{d  
A!fRpN  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 <+)B8I^  
 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）。 B5H=#  
H"J>wIuGX  
详述案例 nj5Hls  
-
<M'h  
模拟和结果 :dj=kuUTbu  
Q'
K[?W|C  
结果：3D系统光线扫描分析 N2e]S8-  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 #i0f}&
 
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 >`u/#mrd  
&Y|AX2KUC  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd 8I,/ysT:  
6V6,m4e  
使用参数耦合来设置系统 Jw)-6WJ!uO  
=y WHm  
zvHeoM,  
自由参数： 25/OV"Z  
 反射镜1后y方向的光束半径 7Hzv-s  
 反射镜2后的光束半径 +a}>cAj*  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） |FH|l#bu>  
 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。 NncII5z  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 o`}(1$a>  
>*S ;z+!&  
u[?M{E/HU  
Q<d|OX  
 Jyo(Etp  
Q9NKQuSu  
Xwt}WSdF`k  
自由参数：  T6N~L~J  
 反射镜1后y方向的光束半径 d0 qc%.s  
 反射镜2后的光束半径 +EE(d/f  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） 9,G94.da  
 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。 Ul%D}(,  
P1A5Qq  
X82
12[7  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 +N:=|u.g  
wA?q/cw C  
T@x_}a:g  
结果：使用GFT+进行光束整形 dPCn6  
$|pD}  
.l}oxWWoS  
.rs\%M|X  
ry!0~ir  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 k~HS_b*]d  
QTT2P(Pz  
y(h"0A1lW  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 pA?2UZ  
%m?$"<q_K  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 -/3D0`R  
,R2;oF_  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： +[Zcz4\9  
]B>g~t5J  
rw]7Lr_>  
"Iwd-#;$;  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd wC~LZSTt  
m(eR Wx&pZ  
结果：评估光束参数 D|Raj\R  
4NxI:d$&*  
XVWVY}  
 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。 bo04y)Iz  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。 _rjB.  
To@77.'  
)R@M~d-o  
 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。 I!;vy/r  
 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） CWW|?  
 O)?  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd _yP02a^2  
>P[BwL]  
光束质量优化 F=l.2t*9  
Kb,#Ot  
2"C,u V@F!  
 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。 0V5{:mzA  
 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）。 z)0%gd|  
0D:eP``  
结果：光束质量优化 m?_@.O@]  
IM$I=5ye  
`6QQS3fk!  
 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。 "pW@[2Dkx/  
/o]j  
; 6*Ag#Z  
F|&=\Q  
 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。） ;/|3U7{c  
IM9P5?kJ ?  
Ye"#tCOEG  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd V07? sc<  
R'1L%srTM+  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 Dh~Z8!*  
/woC{J)4p  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 ti}G/*4  

bdz&"\$X  
bf&k:.v'8  
 这意味着参数变化是的正态 v'X=|$75  
\jGvom.  

Kt/Wd  
8bP4  
Y~+`F5xX<  
 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。 95X!{\  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 bJ6@ B<  
D>).^>|q  
gg}^@h&?  
c0M>CaKD  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run _rjLCvv-  
'p:L"L}Q?  
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） |y~u
n9j+  
*zn=l+c  
[5O`  
ajMI7j^G  
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。 D|rcSa.M  
y.m;4((  
总结 h<ULp&g  
|nTZ/MXbw  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 D"RxI)"HP  
1.模拟 'I *&P5|  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 KQ\d$fX  
2.研究 `.8#q^  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 {P>%l\?  
3.优化 ~PAbtY9}U  
通过使用显示出高斯整形孔径函数和经典场追迹引擎来优化M2参数。 "=r"c$xou  
4.分析 6ISDY>p  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 b/dyH  
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。 ;UB$Uqs6  
;%tu;  
参考文献 '#faNVPABh  
[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). v'zj<|2  
\r+8}8  
进一步阅读 2r~&+0sBP  
SXI3y  
进一步阅读 Ap[}[:U  
 获得入门视频 baVSQtda  
- 介绍光路图 ;r}>1LhN  
- 介绍参数运行 A"8"e*  
 关于案例的文档 OK"B`*  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens _2C[F~ +l  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens @JL+xfz  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing u/8urxpy  
- BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair u/2!v
(  
{Z=m5Dy}  
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QQ：2987619807