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    [分享]VirtualLab运用:反射光束整形系统 [复制链接]

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    离线xunjigd
     
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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2016-11-13
    光束传输系统(BDS.0005 v1.0) y@\J7 h:  
    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 ^Dys#^  
    d? 4-"9Y  
    n hGh5,  
    简述案例 90!67Ap`x  
    dA$qzQ  
    系统详情 D*!9K8<o  
    光源 V)cL=4G  
    - 强象散VIS激光二极管 #)( D_*  
     元件 rF=\H3`p3  
    - 光束准直和整形的反射元件(例如圆柱抛物面镜) a/U4pSug  
    - 具有高斯振幅调制的光阑 S0tPnwco[~  
     探测器 nrCr9#  
    - 光线可视化(3D显示) a<&GsDw  
    - 波前差探测 M[?0 ^ FBx  
    - 场分布和相位计算 I5w> *F   
    - 光束参数(M2值,发散角) zE]h]$oi  
     模拟/设计 >:f&@vwm  
    - 光线追迹(Ray Tracing:):基本系统预览和波前差计算 |:5[`  
    - 几何场追迹+和经典场追迹(Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing): Ypw:Vp  
     分析和优化整形光束质量  @+!u{  
     元件方向的蒙特卡洛公差分析 9oxn-)6JC  
    '))=y@M  
    系统说明 C7_#D O6"  
    w>6 cc#>q  
    l6< bV#_qe  
    模拟和设计结果 tQcn%CK  
    6>F]Z)]}  
    iKEHwm  
    场(强度)分布                                   优化后
    数值探测器结果 3ULn ]jA  
    5U<;6s  
    +%LR1+/%b  
    0-Vx!(  
    RV_+-m{]  
    总结 n{xL1A=9  
    H]Vo XJ\*  
    实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 d`4F  
    1.模拟 ^THyohK  
    使用光线追迹验证反射光束整形装置。 a,KqTQB  
    2.评估 {[[/*1r|  
    应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 &v<Am%!N  
    3.优化 p]J0A ^VV  
    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。 2G)q?_Q4S  
    4.分析 YB"=eld  
    通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 O@sJ#i>  
    T:!Re*=JJ  
    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。 ljJR7<  
    _BBs{47{E  
    详述案例 >m8~Fs0  
    `6 ?.ihV  
    系统参数 jQ9i<-zc  
    */A ~lR|  
    案例的内容和目标 z;6,,  
    d@>1m:p  
    在BDS.0001,BDS.0002,BDS.0003和BDS.0004案例中,研究了折射光束传输系统。 Kp%:\s,lO  
    )P #MUC  
    Z'o'd_g>I+  
     目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 _/cL"Wf  
     之后,研究并优化整形光束的质量。 {V5eHn9/Q'  
     另外,探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 +<w\K*  
    ><"0GPxrx  
    模拟任务:反射光束整形设置 8&UwnEk<  
    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。 s!WI:E7  
    esK0H<]  
    _p\O!y  
    .|<+-Rsj  
    >0.a#-u^  
    Pm!/#PtX  
    规格:像散激光光束 oO][X  
    Geyj`t  
     由激光二极管发出的强像散高斯光束 qfsu# R  
     忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 :V^|}C#  
    n0tVAH'>  
    -VkPy<)  
    xoyH5ZK@  
    pDM95.6   
    x0$#8  
    规格:柱形抛物面反射镜 Jj,fdP#\  
                             9y(491"o  
     有抛物面曲率的圆柱镜 <-F[q'!C1  
     应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 L2\NTNY  
     曲率半径等于焦距的两倍 X^9eCj;c  
    )jHH-=JM  
     Or,W2  
    规格:离轴抛物面圆柱镜(楔型) ,BE4z2a  
    E% d3}@  
     对称抛物面镜区域用于光束的准直 GLr7sack  
     从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜(楔型) 8N9X1Mb|  
     离轴角决定了截切区域 d .t$VRO  
    t$-!1jq  
      
    规格:参数概述(12° x 46°光束) n5;>e&  
    x5%x""VEK  
       ?<6yKxn  
    > ,;<Bz|X  
    光束整形装置的光路图 H/N4t Wk"  
    ^]ig*oS\`  
    se&Q\!&M  
     由于VirtualLab的相对坐标系统,则仅需设置z方向的距离。 6"<q{K  
     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。 jCp`woV  
    x f<wM]&  
    反射光束整形系统的3D视图 0=Mu|G|Z  
    2C"[0*.[N  
    gt)wk93d>  
    DZqY=Sze  
    光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 eH^~r{{R  
     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)。 M}x]\#MMY  
    VQl(5\6O  
    详述案例 olca Z  
    rWNywxnT  
    模拟和结果 /nB|Fo_&Q  
    ?z0N- A2C2  
    结果:3D系统光线扫描分析 lL"ANlX-P  
     首先,应用光线追迹研究光通过光学系统 ]oxi~TwY^  
     使用光线追迹系统分析仪进行分析。 xASH- 9  
    zLybf:#  
    file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd =SV b k  
    Ri;_ 8v[H|  
    使用参数耦合来设置系统 ")@#B=8+3^  
    Hp5.jor(k  
    自由参数: ?,^ Aoy  
     反射镜1后y方向的光束半径 OU'm0Jlk  
     反射镜2后的光束半径 t$g@+1p4  
     视场角,这决定了离轴取向(这些值保存为全局变量) +l<l3uBNS  
     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。 D-4{9[  
     对于此计算,应用了嵌入的参数耦合功能。 j9~lf  
    '; ;X{a  
    QJ2D C  
    r1/9BTPKdJ  
    +0g L!r  
    ?}"39n  
    自由参数: T( fcE  
     反射镜1后y方向的光束半径 FwUgMR*xq  
     反射镜2后的光束半径 ip!-~HNwJ  
     视场角,这决定了离轴取向(这些值保存为全局变量) Mh~E ]8b  
     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。 7> 8L%(7  
    KZ@'NnQ  
     如果这个例子评估20个参数,那么返回到光路图(LPD)。 \IZY\WU}2  
    bXk(wXX  
    .zv BV_I  
    结果:使用GFT+进行光束整形 4d\V=_);r  
    }/2M?W0  
    uR6 `@F  
    Vh N6 oI  
     现在,利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 $[\\{XJ.  
    Q) =LbR{#  
     由于离轴设置,光线分布显示出轻微的不对称形状。 u=t.1eS5  
    g cb6*@u!  
     不过,场分布几乎是对称的(最好是使用伪色(false colors))。 Ug\$Ob5=q  
    LB`{35b-  
     产生的相位是完全平坦的,产生的波前误差: 8p]9A,Uq&  
    ;OZl' . %`  
    Up5|tx7  
    2P ^x'I  
    file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd \P7<q,OGS  
    )3k?{1:  
    结果:评估光束参数 es<8"CcP  
    y/+ IPR  
     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。 bvS6xU- J  
     在这个例子中,我们对光束半径,发散角和M2值感兴趣。 6ZfL-E{  
    HI7w@V8Ed  
    LVT:oIQ  
     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。 V!/9GeIF  
     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) Whe-()pG{  
    (e Ssx/  
    file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd 8N \<o7t%  
    ,Oe:SZJ>  
    光束质量优化 inh J|pe"  
    ;GIA`=a %  
     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。 8OiCldw:HN  
     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)。
    2T(7V[C%9  
    f-p$4%(  
    结果:光束质量优化 W4UK?#S+  
    'q?Y5@s  
     由于通过高斯孔径传播,光束显示出理想高斯形状。 因此,M2值在两个方向上几乎都是1。 -Aojk8tc  
    No`*->R  
    0TZB}c#qT  
    hfw+n<  
     然而,光束半径是略有减少。(光束半径显示在最后一张幻灯片是由于其偏离了理想高斯。) ,3N>`]Km'  
    n'0r (  
    83 <CDjD  
    file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd o (4gh1b%  
    vn!5@""T  
    反射镜方向的蒙特卡洛公差 bi^P k,'  
    ?Yzw]ag.  
     对于公差,在随机模式下我们使用参数运行特性。 %z=:P{0UQ  
    H]7bqr  
     这意味着参数变化是的正态 YgdQC(ib  
    ]6M,s0  
    c g)> A  
       ;dPaWS1D  
     对于这个例子,假设每个反射镜都有±0.1°的角度偏差(绝对的方向)。 由于这个偏差,整形光束的波前差明显增加。 iD*Hh-  
    这意味着,波前对对齐误差很敏感。 Bal e_s^  
    lrj&60R`w  
    Va?i#<a  
    C+g}+  
    file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run %P D}VF/Y  
    4.^T~n G  
    第一个随机公差的典型强度分布:(相应的均方根波前差:1.08λ,40.4λ,140λ) E- [Eg  
    n_Qua|R  
    FSm.o?>  
    +Gg|BTTL/  
    由于波前差和因此校准的偏差更大,M2值明显增加。可以使用高斯孔径来减少。 P;o  {t  
    :)i,K>y3i  
    总结 l i)6^f#  
    7B=VH r  
    实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 AwjXY,2  
    1.模拟 FzcXSKHV %  
    通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 0G6aF"  
    2.研究 )z\#  
    为了计算场分布和评价光束参数,应用几何场追迹+(GFT+)引擎。 jXLd#6  
    3.优化 }79O[&  
    通过使用显示出高斯整形孔径函数和经典场追迹引擎来优化M2参数。 *hru);OJr  
    4.分析 w^Yo)"6  
    通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 1ANFhl(l  
    可以使用VirtualLab Fusion非常有效地模拟和分析复杂的光束整形装置,尤其是离轴系统。为此,根据情况应用不同的模拟引擎。 wN58uV '  
    _cE_\Ay  
    参考文献 ti (Hx  
    [1]M. Serkan, H. Kirkici, and H. Cetinkaya, “Off-axis mirror based optical system design for circularization, collimation, and expansion of elliptical laser beams”, Appl. Optics 46, No. 22, 5489-5499 (2007). f;Oh"Yt  
    e5 L_<V^Jo  
    进一步阅读 s .<.6t:G4  
    LRts W(A/  
    进一步阅读 R~T}  
     获得入门视频 8["%e#%`$  
    - 介绍光路图 ?&-1(&  
    - 介绍参数运行 Jx~H4y=z  
     关于案例的文档 |Y05 *!\P*  
    - BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens 0&j90J$`  
    - BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens 9I]Bt=2z  
    - BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing a#"orc j  
    - BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair
     
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    离线槐花村人
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    学习一下。
    离线chenxiaohjk
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    非常有用,谢谢!
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    很棒 学习一下!
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    只看该作者 4楼 发表于: 2018-01-30
    讲的很详细
    离线jsdyf
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    学习了