[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） .$-GGvN]  
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 O[^u<*fi{  
i|CAN,'  
~JTp8E9kw  
简述案例 ,XYtoZa  
M"E7=J  
系统详情 JQH>{OB  
 光源 c63yJqiW  
- 强象散VIS激光二极管 8}{W.np_  
 元件 6Jd.Eg ~A7  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） 6HRr4NDcj  
- 具有高斯振幅调制的光阑 u9D#5NvGs  
 探测器 &nfG
Rb  
- 光线可视化（3D显示） 9;tY'32/  
- 波前差探测 XG01g3  
- 场分布和相位计算 eY8rm  
- 光束参数（M2值，发散角） %SJFuw"  
 模拟/设计 |6GDIoZ  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 HB
, k}Q  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： v-!^a_3Ui  
 分析和优化整形光束质量 evGUl~</~  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 nP#|JRn=  
s|IC;C|  
系统说明 "RLv{D<)J,  

ZHimS7  
vY2^*3\<D  
模拟和设计结果 P; 9{;  
FS7@6I2Ts  
数值探测器结果 1`)e}
p&  
.dKFQH iYJ  
^~7ouA  
&%r<_1  
q.!<GqSgb  
总结 "I0F"nQ  
{P'^X+B0*  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 A8T8+M:  
1.模拟 E-Y4TBZ*  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 S(PU"}vZy  
2.评估 2`U+ !  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 \EW<;xq  
3.优化 'q\[aKEX=  
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。 CkR 95*  
4.分析 GUC.t7!  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 W9:(P  
mOfTq] @B  
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。 #AF.1;(k  
nd~O*-uYg  
详述案例 ne 8rF.D  
{ep.So6  
系统参数 Y|cj&<o  
65U&P5W  
案例的内容和目标 "Z)zKg  
pvhN.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。 ){4!  
LC})aV|  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 zg$NrI&  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 Ie(M9QMp  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 b<j*;n.  
6#kmV  
模拟任务：反射光束整形设置 <&l@ ):a  
引入的反射光束整形装置是基于一个反射镜系统，此系统由两个抛物面圆柱反射镜镜与抛物面截面反射镜组成。焦点距离和镜子的位置取决于输入光束的发散角。 rmeGk&*R8  
BMb0Pu
8  
LerRrN}~  
cUr5x8<W).  
`5SQ4  
]/7#[  
规格：像散激光光束 EN5F*s@r  
d "25e"(~F  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 MB+a?u0\  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 byPqPSY  
*BKIA  
>cH}sNHy  
lsU`~3nr  
^bEC
X<,H  
D!mx&O9  
规格：柱形抛物面反射镜 _|7bpt
9  
                         MH=Ld=i  
 有抛物面曲率的圆柱镜 7GRPPh<4  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 (};/,t1#$  
 曲率半径等于焦距的两倍 P?J\pJ1|7  
bycnh  
Z<#h$XUA  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） ]xPy-j6C  
meZZQ:eSl  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 ])?
[9c  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） \pXo~;E
\  
 离轴角决定了截切区域 Li9>RY+3  
!UHX?<3r  
规格：参数概述（12° x 46°光束） 4ULdf|oP"  
5YLc4z*  
   [= Xb*~  
wI?AZd;`'  
光束整形装置的光路图 mt4X  
XV1XzG#C  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 @>`qfy?  
 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。 T-Yb|@4  
x[mh^V5ld  
反射光束整形系统的3D视图 x M{SFF  
,fvhP $n  
?=b#H6vs  
dv?t;D@p!  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 "8E=*2fcw  
 绿线表示生成的光轴，由VirtualLab的基础定位方法生成（仅仅设置了距离z和倾角）。 O$X^Ea7~  
6O"y  
详述案例 S$/SFB$)~W  
S~M/!Xb  
模拟和结果 O;.DQ  
cbW=kQc_  
结果：3D系统光线扫描分析 EjP)
e;  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 .Dy2O*`  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 79B+8= K  
c_Iq!MH  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd ?8)k6:  
_p<wATv?7t  
使用参数耦合来设置系统 SPnW8  
<kazV<"  
自由参数： uCgJF@  
 反射镜1后y方向的光束半径 Q1!+wC   
 反射镜2后的光束半径 f]2;s#cu  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） jVna;o)  
 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。 l0E]#ra"  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 M$} AJS%8  
!E^\)=E)P  
#<es>~0!  
$5DlCN  
E`|vu*l7  
&td   
自由参数： Dy{lgT0k  
 反射镜1后y方向的光束半径 hb1eEn  
 反射镜2后的光束半径 v3wq-  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） !PgwFJ  
 基于光束发散角和直径（x和y方向）焦点，可以计算并设置反射镜的直径和距离z。 wWM[Hus  
Q~`{^fo1  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 bd2QQ1[1vh  
1JV-X G6  
3;AJp_;  
结果：使用GFT+进行光束整形 (4/W)L$  
s0DT1s&  
gOMy8w4>  
=&m;5R  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 :Xu9`5  
JD9
=gBN\?  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 \5j#ad  
WwUHHm<v  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 tRNMiU  
0D0uzUD-
 
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： ^-F#"i|Cn  
3E}j*lo  
i?,\>LTG  
"*:?m{w5  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd Qx&7Ceu"  
w*X(bua@  
结果：评估光束参数 V{X/yN.u  
l< HnPR/  
 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。 2'Raj'2S4  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。 V(Cxd.u  
. HAFKB;  
aO2zD<d  
 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。 QHd|cg  
 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） 5?|y%YH;R\  
tg<bVA)E'J  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd F2Gg_u@7M  
%.8(R &  
光束质量优化 _qH]OSo  
ZgmK~iJ  
 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<iYO  
 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）。 IDdu2HNu  
i_nUyH%b  
结果：光束质量优化 ;Mr Q1  
@KJmNM1]V  
 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。 !/1~  
F*Ul#yX  
'1d0 *5+6k  
aHPx'R  
 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。） (l/i#  
ClufP6'  
)i:"cyoE  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd 7,Q7`}gBf  
Ifq|MZ\  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 (~(FQ:L%U  
@@}muW>;T  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 5U*${  
,S?:lQuK5  
 这意味着参数变化是的正态 >f;oY9 {m  
Z7Nhb{  
1M[|9nWUC  
   5^Lb
c.h  
 对于这个例子，假设每个反射镜都有±0.1°的角度偏差（绝对的方向）。 由于这个偏差，整形光束的波前差明显增加。 5yp  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 luz
,z( v  
zj=F4]w  
t'C9;  
sEx\7tK  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run ?MiMwVR  
UQtG<W]<  
第一个随机公差的典型强度分布：（相应的均方根波前差：1.08λ，40.4λ，140λ） Fd._D"  
],wzZhA  
?!bWUVC)_  
pf0uwXo  
由于波前差和因此校准的偏差更大，M2值明显增加。可以使用高斯孔径来减少。 *Oy%($'  
+jp^  
总结 ?\a';@h  
eBW]hwhKzM  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 ?=?9a  
1.模拟 q,j` _ R
4  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 hPUYq7B  
2.研究 yn{U/+  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 H3S u'3  
3.优化 qV@Hu/;  
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。 ?^: xNRE$j  
4.分析 v=+>ids  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 jyjK~!0  
可以使用VirtualLab Fusion非常有效地模拟和分析复杂的光束整形装置，尤其是离轴系统。为此，根据情况应用不同的模拟引擎。 wW^3/  
71Mk!E=1  
参考文献 5W?r04  
[1]M. Serkan, H. Kirkici, and H. Cetinkaya, “Off-axis mirror based optical system design for circularization, collimation, and expansion of elliptical laser beams”, Appl. Optics 46, No. 22, 5489-5499 (2007). %C*h/AW)'  
U^$l$"~"  
进一步阅读 zMN4cBL9m  
`LVX|l62  
进一步阅读 0CUUgwA/  
 获得入门视频 -o0~xspF  
- 介绍光路图 ;+]GyDgVq  
- 介绍参数运行 q oVp@=\:"  
 关于案例的文档 U}<;4Px]7v  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens 4 5\%2un  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens  fj])  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing 'm+)n08[  
- 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