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    [技术]反射光束整形系统 [复制链接]

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    科学家
     
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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2024-11-12
    光束传输系统（BDS.0005 v1.0） 3 ;)>Fs;  
    c;%_EN%  
    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 K\>tA)IPSV  
    N/]o4o  
     q`|LRz&al  
    uXI_M)  
    简述案例     IYqBQnX}oM  
    pwO>h>ik  
    系统详情 G3{Q"^S"  
    光源 /,1D)0  
    - 强象散VIS激光二极管 e8y;.D[2  
     元件 \[BK1JP  
    - 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） INcg S MM  
    - 具有高斯振幅调制的光阑 *7*lE"$p  
     探测器 9!f/aI  
    - 光线可视化（3D显示） AcS|c:3MUy  
    - 波前差探测 $@sEn4h  
    - 场分布和相位计算 aY3^C q(r  
    - 光束参数（M2值，发散角） JCz@s~f\y  
     模拟/设计 Yb:\a/ y  
    - 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 P.6nA^hXB  
    - 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： _6O\W%it  
     分析和优化整形光束质量 7x#Ckep:I  
     元件方向的蒙特卡洛公差分析 LL]zT H0  
    {xwm^p(f  
    系统说明 ^=C{.{n  
    ^cV;~&|.Xk  
    EM]s/LD@%  
    模拟和设计结果 O>SLOWgha  
    (2$( ?-M  
    ,pqGX3  
    场（强度）分布                                   优化后
    数值探测器结果 c#a @n 4  
    #@^t;)|  
    ;ToKJ6hN|*  
     +hvO^?4j  
    :r%P.60H X  
    总结 Nqw&< x+  
     9!T[Z/}T  
    实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 NXwz$}}Pp  
    1.模拟 6^uq?  
    使用光线追迹验证反射光束整形装置。 Lk~ho?^`  
    2.评估 UjaK&K+M?  
    应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 '#s05hr  
    3.优化 9v?N+Rb  
    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。 P9=?zh 6G.  
    4.分析 HkQ*y$$  
    通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 JXCCTUO  
    0QPH}Vi5}  
    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。 j2Tr $gx<  
    EPS={w$'s  
    详述案例 N*%@  
     :80Z6F.k`  
    系统参数 %{YN70/  
    n.wF&f'D]  
    案例的内容和目标 $tz;<M7B  
     bSsh^Z  
    在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 j*F`"df  
    XD|E=s  
    4$qWiG~  
     目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 jZh';M8"  
     之后，研究并优化整形光束的质量。 hy}8Aji&  
     另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 ~2<7ZtV=  
    .gG1kWA-  
    模拟任务：反射光束整形设置 u`y><w4i  
    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。 KC(xb5x Y  
     m<{< s T  
    r)Ap8?+  
    s_x:T<]  
    F_Y7@Ei/  
    d@ Y}SWTB  
    规格：像散激光光束 {LX.iH9}l  
    I?"q/Ub~h  
     由激光二极管发出的强像散高斯光束 &C_' p{G  
     忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 R<sJ^nx  
     \]P!.}nX#  
    &8%e\W\K:/  
    Vy*:ne  
     Z-E`>  
    fQL"O}Z  
    规格：柱形抛物面反射镜     4AG\[f 8q  
                             @) s,{F  
     有抛物面曲率的圆柱镜 Vm(1G8 a  
     应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 (4'$y`Z  
     曲率半径等于焦距的两倍 M&N B/  
    Eq$&qV-?(  
    FL(6?8zK  
    规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） [[>wB[w  
    *H?!;u=8  
     对称抛物面镜区域用于光束的准直 o4*+T8[|5  
     从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） 0G7K8`a  
     离轴角决定了截切区域 XK|R8rhg8`  
    A-,up{g  
      
    规格：参数概述（12° x 46°光束） dFH$l  
    }-~X4u#   
       ]l'Y'z,}  
    A81ls#is  
    光束整形装置的光路图 L:_bg8eD#  
    Bn61AFy`  
    e =4+$d  
     由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 7<%<Ff@^)O  
     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。 |tv"B@`  
    R,9[hNHWGs  
    反射光束整形系统的3D视图 iXj o[Rz^C  
    ]wKzE4Z/  
     Hir Fl  
    ([-|}  
    光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 pGf@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）。 wY~&Q}U  
    %z#f.Ql  
    详述案例 uiJS8(Cb  
    YnxRg  
    模拟和结果 ZQ_xDKqRV  
    ZO4*sIw%  
    结果：3D系统光线扫描分析 p98~&\QT  
     首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 a@\D$#2r  
     使用光线追迹系统分析仪进行分析。 <Q ?a=4  
    X{we/'>  
    file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd vG;zJ#c  
    ]8T |f  
    使用参数耦合来设置系统 Zs}5Smjl;%  
    +hE(Ra#  
    xdf82)  
    自由参数： <{2e#Y  
     反射镜1后y方向的光束半径 zo[[>MA  
     反射镜2后的光束半径 V5GW:QT  
     视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） INkD=tX  
     由于功能原理，所有系统参数（距离，焦距，直径）可以由光束参数分析计算。 ZTU&, 1Y;  
     对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 %H]lGN)  
     UTf9S>HS  
    "Kc>dJ@W  
    RjWqGr;bO  
    :$_6SQ<?  
    :=8t"rO=W  
     {X[ HCfJd  
    自由参数： m=:4`_0Q  
     反射镜1后y方向的光束半径 /F4pb]U!*  
     反射镜2后的光束半径 YKE46q;J  
     视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） @BrMl%gV  
     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。 T"&)&"W*U  
    :.?gHF.?  
    yuDZ~0]R  
     如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 ?{U m  
    o99pHW(E  
    rp6q?3=g  
    结果：使用GFT+进行光束整形 &BtK($  
    ^{xeij/  
    !!4Qj  
    Kh4$ wwn  
    (`6T&>(4  
     现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 NTS# sgP  
    cwm_nQKk  
    lj{VL}R  
     由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 p/2jh&  
    GEEW?8  
     不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 j:}DBk  
    ?x+Z)`w_  
     产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： &z]K\-xp  
    8[|UgI,>z  
    S a4W`  
    =56T{N  
    file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd eL4NB$Fb  
    {t Thy#  
    结果：评估光束参数 t=*@yQ nB  
    /s-A?lw^2  
    v^ /Q 8Q  
     从生成的整形光束场分布，可以评估光束参数。 可以直接通过使用探测器界面实现。 R|f~>JUF  
     在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M²值感兴趣。 OiAJ[L  
    4;HJ;0-ps  
    ?6nF~9Z'  
     整形光束在x和y方向上显示了一个几乎相同的半径。 发散角大约是4urad。 4J?t_)  
     M²值明显高于1。（与理想高斯光束相比，高M²值是由光束偏离引起的） -tnQCwq#  
    *]h`KxuO  
    file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd ,jC3Fcly  
    (YY~{W$w(  
    光束质量优化 0W3i()  
    i 9g>9  
    RJy=pNztm  
     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。 8scc%t7  
     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）。
    'kYwz;gp  
    :5/Uh/sX  
    结果：光束质量优化 gPu2G/Y  
    S,U Pl}KF  
    :QWq"cBem  
     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。 6G}+gqbX  
    _BFOc>0  
    x Au/  
    p~.8\bI=  
     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。）  e(NLX`  
    x+]!m/  
    @Kf_z5tm:  
    file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd lNv".Y=l  
    NxVw!TsR  
    反射镜方向的蒙特卡洛公差 OEPa|rb  
    BS&;n  
     对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 Dfd-^N!  
    kQaSbpNmH  
    Fkf97Oi  
     这意味着参数变化是的正态 c8Q]!p+Yp  
    w_ {,<[#  
    `z0{S!  
    #q3l!3\mW  
    `:O\dN>ON  
     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。 ;. wX@  
    这意味着，波前对对齐误差很敏感。 UZEI:k,dv  
    (_r EAEo  
    (~)%Fo9X"  
    cst}Ibf i  
    file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run LkLN7|  
    ;pD)m/$h`  
    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） u*7Z~R  
    ^uS/r#l  
    w[_x(Ojq;  
    PY3ps2^K.  
    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。 NZN-^ >  
    0t#g }  
    总结 F?m?UQS'u  
    aS|wpm)K>8  
    实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 O:#+%  
    1.模拟 $6F)R|  
    通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 Dml*T(WM>  
    2.研究 J ti(b*~  
    为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 x90jw$\%7  
    3.优化 pium$4l2#  
    通过使用显示出高斯整形孔径函数和经典场追迹引擎来优化M2参数。 x'Pi5NRE  
    4.分析 fag^7rz  
    通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 aTGdmj!  
    可以使用VirtualLab Fusion非常有效地模拟和分析复杂的光束整形装置，尤其是离轴系统。为此，根据情况应用不同的模拟引擎。 7ou46v|m5  
    91of~ffh  
    参考文献 e75UMWaeC  
    [1]M. Serkan, H. Kirkici, and H. Cetinkaya, “Off-axis mirror based optical system design for circularization, collimation, and expansion of elliptical laser beams”, Appl. Optics 46, No. 22, 5489-5499 (2007). 0aR,H[r[?  
    PN$ .X"D8  
    进一步阅读 7%OKH<i\2<  
    qQ7w&9r.M  
    进一步阅读 j%<}jw[2  
     获得入门视频 4R>zPEo  
    - 介绍光路图 Je4Z(kj 0  
    - 介绍参数运行 gM>=%/.  
     关于案例的文档 5&CDHc7Oj  
    - BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens {dPgf  
    - BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens Io2mWvu?5  
    - BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing oKFT? "[X  
    - BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair
     
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