[分享]VirtualLab运用：反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） [Vo5$w  
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 T^1 Z_|A  
7pyzPc#_  
cQK-Euum  
简述案例 :D)
(3U5  
A#=TR_@:  
系统详情 Mu?|<#s  
 光源 tR|dnC4U  
- 强象散VIS激光二极管 Ku75YFO,5  
 元件 /D&&7;jJ  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） sCFxn  
- 具有高斯振幅调制的光阑 r0XEB,}  
 探测器 U-I,Q+[C[^  
- 光线可视化（3D显示） e|\xFV=4  
- 波前差探测 kyJbV[o<#  
- 场分布和相位计算 -r={P_E6  
- 光束参数（M2值，发散角） y QW7ng7D0  
 模拟/设计 .$18%jH#  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 ef7{D P  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： SeD}H=,@  
 分析和优化整形光束质量 &<PIm  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 N,Eap KG  
$^ws#}j  
系统说明 K*>%,mP$i  
t*gZcw5 r  
4o*i(W  
模拟和设计结果 f4"UI-8;n  
e73=*~kfR  
数值探测器结果 }5;4'l8  
6:ettdj  
K92j BR  
I=y7$+7%  
d y HC8  
总结 1xB}Ed*k  
?b;2PH"  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 fM
UcVTFe  
1.模拟 yQK{ +w  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 X-c|jn7
 
2.评估 Ie.*x'b?y  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 4)S99|1  
3.优化 wFJf"@/vJ  
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。 ]`/>hH>+~9  
4.分析 !T
{+s T  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 q[&Kr+)j  
qjB:6Jq4q  
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。 K-0=#6?y4  
u 272)@R  
详述案例 !g@Ky$  
7Sx|n}a-3  
系统参数 =;rLv7(a  
0:$}~T9T  
案例的内容和目标 lPy|>&Yc  
*f[5rr4  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 mUBy*
.  
5h5izA'0'  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 |oY{TQ<<d  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 !eW1d0n'+f  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 2n<Mu Q]  
'ygKP6M  
模拟任务：反射光束整形设置 J(7#yg%5  
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。 {VcRur}&Y8  
J @Hg7Faz  
7he73  
Q5,zs_j  
d?zSwLsl  
Coi[cfg0  
规格：像散激光光束 {L-^J`> G  
O^L]2BVC  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 1G>Ud6(3<  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 1oQw)X  
0AQazhm  
2W,9HSu8  
bMO^}qR`  
9\Ii$Mp  
rzfLp  
规格：柱形抛物面反射镜 IW~R{ ]6  
                         s<I
)T
HC  
 有抛物面曲率的圆柱镜 %7#<K\])  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 GA^hev  
 曲率半径等于焦距的两倍 tFmB`*!%  
N!+=5!  
,PeR}E;c  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） ;_<~9;  
c4H6I~2Na  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 \5ls <=S.  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） )+_Vx}O:}  
 离轴角决定了截切区域 \Zj%eW!m  
E
'08'8y  
规格：参数概述（12° x 46°光束） m#_B
F#  
GwX)~.i  
   y=Y k$:-y  
I9X\@lTf  
光束整形装置的光路图 <V?2;Gy  
*:%&z?<Fw  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 s= Fp[>qA  
 因为离轴抛物面镜的位置是相对于它的焦点，那么到反射镜2的距离z必须是负的。 @:N8V[*u  
*C_A(n5"V  
反射光束整形系统的3D视图 wm5&5F4:  
WVP?Ie8  
G5}_NS/  
kckRHbeU  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 (\6E.Z#  
 绿线表示生成的光轴，由VirtualLab的基础定位方法生成（仅仅设置了距离z和倾角）。 JwG(WLb:  
lC5zqyG  
详述案例 Z(MZbzY7Hq  
R"cQyG4  
模拟和结果 ufXWK3~\  
9UM)"I&k  
结果：3D系统光线扫描分析 t&?jJ7 (&8  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 OyO<A3  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 X!KX
4H  
9D3W_eIc  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd [jgVN w""D  
|"*P`C=  
使用参数耦合来设置系统 wB)y@w4k  
+SFFwjI  
自由参数： PQaTS*0SXJ  
 反射镜1后y方向的光束半径 7y Cf3  
 反射镜2后的光束半径
A/y|pg5  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） G&oD;NY@/  
 由于功能原理，所有系统参数（距离，焦距，直径）可以由光束参数分析计算。 z^9oaoTl  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 8m0*89HEu  
/\1'.GR  
Xt$qjtVM  
?mNB:-Q  
JD*HG]  
)Xdq+$w.  
自由参数： %R GZu\p  
 反射镜1后y方向的光束半径 , Q0Y} )  
 反射镜2后的光束半径 }83 8F&  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） K~:SLCv E%  
 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。 S)hDsf.I  
d(^8#4  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 []>rYZ9bv  
YP,,vcut
 
k|OM?\  
结果：使用GFT+进行光束整形 f0P,j~]  
b ri[&=  
'xS@cFo(  
0MRWx%CR  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 >/-H!jUF]  

;!f='QuA  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 ,$`}Rf<  
JV_`E_!  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 HS|Gz3~  
EMnz;/dMt  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： c#x~x  
b_sasZo  
t,YRM$P  
e6p3!)@P1  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd I'xc$f_+  
Ucv7`W gr  
结果：评估光束参数 ;?u cC@  
z#gebr~_\  
 从生成的整形光束场分布，可以评估光束参数。 可以直接通过使用探测器界面实现。 
#~p;s>  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。 r(Sh  
}"+"nf5h  
xY?p(>(  
 整形光束在x和y方向上显示了一个几乎相同的半径。 发散角大约是4urad。 UXji$|ET6  
 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） IhzY7U)}T  
e(wc [bv  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd +788aK,{#  
.4]XR/I$  
光束质量优化 tD`^qMua  
Xr^ 5Th\  
 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。 }V]*FCpQ  
 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）。 L{~ ]lUo  
G-i2#S   
结果：光束质量优化
!{*yWpZ:  
:.=:N%3[  
 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。 `XF[
A8@h  
H, 3Bf
 
bbq`gEV  
MgP|'H3\  
 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。） `IlhLv  
{ 1~]}K2  
{;Hg1=cm  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd l`~
$cK!  
41/civX>V  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 Q1Qw45$  
<mP_K^9c  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 j&dCP
@G  
,X|FyO(p  
 这意味着参数变化是的正态 o#"yFP1  
gna!Q  
ommW  
  
w*"Ii%iA<  
 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。 c611&  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 `hY%HzV
=  
4 dHGU^#WZ  
wx-&(f   
CD`6R.  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run g_ep 5#\D  
N6kMl  
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） d$o m\@  
3<.DiY  
o1 27? ^  
RF8,qz  
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。 }JOz,SQHP  
L$a{%]I  
总结 k~;~i)Eg  
;s
~xS*(C  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 Dd0yQgCu  
1.模拟 9'Z{uHi%  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 wqm{f~nj=  
2.研究 o9ys$vXt*  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 Z 9cb  
3.优化 orWF>o=1  
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。 n9 bp0#K  
4.分析 xP9R d/xa|  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 1Z_]Ge<a  
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。 |CQjgI|;  
i`6utOq  
参考文献 r_ m|?U %  
[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). r.@UH-2c  
,]qc#KDq-1  
进一步阅读  ZJ)>gV  
#mioT",bm=  
进一步阅读 ;=%cA#}_0  
 获得入门视频 8DD1wK\U~  
- 介绍光路图 ?st}rJ_  
- 介绍参数运行 Y$^vA[]c>  
 关于案例的文档 A$~H`W<yxB  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens (yhnvZ  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens `CEHl &w  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing p+1kU1F
0  
- BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair

学习一下。

非常有用，谢谢！

很棒 学习一下！

讲的很详细

学习了