[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） O&DkB*-  
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 MA}~bfB  
tK@|sZ>3\  
Y j[M>v  
简述案例 _+c' z  
NifD pqjgt  
系统详情 UoDS)(i  
 光源 Ew`(x30E  
- 强象散VIS激光二极管 b02V#m;Z  
 元件 m+66x {M2c  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） UZcsMMKH  
- 具有高斯振幅调制的光阑
e6?iQ0  
 探测器 ^\<nOzU?  
- 光线可视化（3D显示） PE!/n6  
- 波前差探测 Uh6LU5  
- 场分布和相位计算 Vq8G( <77  
- 光束参数（M2值，发散角） uD'yzR!]+  
 模拟/设计 :/rl \woA>  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 zN3[W`q+m  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： eBlWwUy*6f  
 分析和优化整形光束质量 dO?zLc0f  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 /l.:GH36f  
'3%JhG)#  
系统说明 ;_$Q~X  
5OHg%
^  
*}F>c3x]  
模拟和设计结果 @`Fv}RY{  
b#uNdq3  
数值探测器结果 -|z ]Ir  
;$a+ >  
KjWF;VN*[3  
fyt ODsb>  
C8{bqmlm@  
总结 <x!q!;  
RB\ Hl  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 V/.Na(C~  
1.模拟 CdEQiu  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 G3.*fSY$.<  
2.评估 lw\+!}8(  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 wDQ@$T^vh  
3.优化 8k( zU>^  
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。 eeVDU$*e=  
4.分析 pwF+ZNo  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 uBp,_V?  
QJ i5H  
对于复杂的光束整形装置，特别是离轴系统，可以使用VirtualLab来进行高效的模拟和分析。模拟过程中，根据情况应用不同的模拟引擎。 fMpxe(  
#!0=I s^  
详述案例 "*U0xnI  
"U"phLX  
系统参数 |mMK9OEu  
|?cL>]t  
案例的内容和目标 ^4 MJ  
TS_5R>R3  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 !1b}M/Wx  
I`~Giz7@  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 |D% O`[k+  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 .B+Bl/  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 'fK3L<$z#m  
_2-fH  
模拟任务：反射光束整形设置 Z5j\ M  
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`yaYkSh  
x/pX?k  
Af"p:;^z  
+P &S0/  
exZgk2[0  
H|Y*TI2vf8  
规格：像散激光光束 /Hs\`Kg"!  
P5JE = &M  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 }ed{8"bj  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 +C}s"qrb@  
e**<et.  
dO1h1yJJ  
{X\%7Zef+  
*@VS^JB  
1gA^Qv~?  
规格：柱形抛物面反射镜 .GSK!
1{@  
                         3v91yM
x  
 有抛物面曲率的圆柱镜 Zv0'OX~8i  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 Z=m5V(9  
 曲率半径等于焦距的两倍 z"D0Th`S6  
BvLC%  
!X5LgMw^;  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） Al3*? H&  
3Q#
Tut  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 [$DI!%e|  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） "C.cU  
 离轴角决定了截切区域 xrZzfg  
hAV@/oQ  
规格：参数概述（12° x 46°光束） y]okOEV0  
vn+~P9SHQ  
   [ KDNKK  
}*P?KV (  
光束整形装置的光路图 [k]3#<sS  
YfstE3BV  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 U
L.YDU)  
 因为离轴抛物面镜的位置是相对于它的焦点，那么到反射镜2的距离z必须是负的。 JA$RY  
G+1i~&uV  
反射光束整形系统的3D视图 K]'t>:G@  
zEKVyZd*{  
|\U5m6q  
!{?<(6;t  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 l[6lXR&|  
 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）。 Sc?q}tt^C  
&u4;A[-R  
详述案例 >rYkVlv  
;LC?3.  
模拟和结果 ]-sgzM]q  
'-BD.^!!  
结果：3D系统光线扫描分析 ]P96-x  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 goOw.~dZ'  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 hvc3n> Y[}  
I_Omv{&u  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd }OqP`B  
-Rwx`=6tV  
使用参数耦合来设置系统 $T6+6<  
I uC7Hx`z  
自由参数： q $=[v  
 反射镜1后y方向的光束半径 wg4Ol*y'  
 反射镜2后的光束半径 C^fn[plL  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） &bigLe  
 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。 y7Nd3\v [\  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 61}eB/;7  
i!*8@:VI  
c5Hyja=  
+*IRI/KUD  
 Cwl:  
B%WkM\\!^  
自由参数： T0@$6&b%\z  
 反射镜1后y方向的光束半径 D?G'1+RIT~  
 反射镜2后的光束半径 d+nxvh?I8  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） .;)V;!   
 基于光束发散角和直径（x和y方向）焦点，可以计算并设置反射镜的直径和距离z。 eVzZfB-=4}  
/@1pm/>ZaN  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 LvMA('4  
GHO6$iM)[  
x@@bC=iY$  
结果：使用GFT+进行光束整形 r)Ja\;  
7b7WQ7u  
vwzElZ{C:v  
30O7u3Zrb  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 ;?v&=Z't.  
RWFvf   
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 ~sdM~9@ '  
/i{V21(%  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 [@2$W?0i  
;u=%Vn"2a  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： BZ(DP_}&D  
f
VJWW):  
!R![:T\,  
{$V2L4  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd <`
u_O!h  
ByacSN  
结果：评估光束参数 kJ?AAPC  
RIDl4c [  
 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。 SX&Q5:  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。 ornU8H`  
TkVqv v  
%LuA:{EVD  
 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."q  
 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） MpTOC&NG%s  
'>HLE)l  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd f@k.4aS  
r5y*SoD!  
光束质量优化 EMDYeXpV  
W\<HUd  
 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。 {w@9\LsU  
 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）。 !3{;oU%*  
<`?%Cz AO  
结果：光束质量优化 MY^o0N  
ay#f\P!1  
 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。 VB`% u=  
csA-<}S5]b  
/&9R*xNST#  
3"sXN)j  
 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。） /.~zk(-&h  
nb ?(zDJ8  
v57<b&p26  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd Qkw?QV-`k  
L2wX?NA  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 'dqecmB  
nFWiS~(#sW  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 c|K:oi,z  
z|t2;j[  
 这意味着参数变化是的正态 7-0
j8$`  
oArXP\#  
Ug384RzHN  
   q,> C^p|2b  
 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。 9aX!<Z  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 QK
hGEW~G  
0M?zotv0#  
T^{=cx9x9  
d\zUtcJwC  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run xu{VU^'Y  
,LC(Ax'.F  
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） :F9Oj1lM%  
+DO<M1uE  
c&E
va  
!R@jbM  
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。 ML0_Uc3en  
8n:N#4Dh^  
总结 Q- w_@~  
suYbD!`(  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 g9=_^^Tg  
1.模拟 > 6=3y4tP  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 "{trK?-8%  
2.研究 YQWq*o^:  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 dpX Fx"4A  
3.优化 IM,4Si2  
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。 <;
uM/vSi  
4.分析 mD|Q+~=|e  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 fsWIz1K  
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。 awjAv8tPO!  
VDxF%!h(  
参考文献 P]OUzI,  
[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). m&z(2yb1  
~N7;. 3 7  
进一步阅读 0F.S[!I  
URt+MTU[  
进一步阅读 ;),,Hk  
 获得入门视频 V-E 77u6{0  
- 介绍光路图 -F 9xPw  
- 介绍参数运行 E25w^x2  
 关于案例的文档 /5Vv5d/Z4!  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens 5:#|Op N  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens (_6JQn  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing id" l"  
- 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