[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） 7sQHz.4  
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 MRXw)NAw  
t2vm&jk  
rNJU & .]  
简述案例 - AgD  
BfCM\ij  
系统详情 lwgwdB  
 光源 $Zo|ta^  
- 强象散VIS激光二极管 $M4Z_zle)  
 元件 P_0[spmFU  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） )eT>[['fm  
- 具有高斯振幅调制的光阑 N%>h>HJ  
 探测器 aem gGw<  
- 光线可视化（3D显示） />}zB![(K  
- 波前差探测 ||*F.p  
- 场分布和相位计算 R4VX*qkB  
- 光束参数（M2值，发散角） j;b>~_ U%  
 模拟/设计 ^X+qut+~  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算
) 3"!Q+  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： LxGD=b  
 分析和优化整形光束质量 ^^7@khmNl  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析  !QvmzuK  
.tGz,z}  
系统说明 S>h\D
4.  
h!JyFc  
CJCx
L\  
模拟和设计结果 0;T7fKj  
o6;  
数值探测器结果 fNu/>pN  
QD{1?aY  
a%U#PF6   
zS
D_t  
!~%DR~^`  
总结 !ry+{v+A  
I<sUB4T>#W  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 ]S]W|m7=.Z  
1.模拟 svDnw cl  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 F)X`CG ;t  
2.评估 ,D*bLXWh  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 *S.FM.r  
3.优化 gCPH>8JwS0  
利用一个具有高斯形状孔径函数的光阑和经典场追迹引擎来优化M2参数。 [pp|*@1T  
4.分析 r,.j^a  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 ,
aUbB8  
f42F@M(:  
对于复杂的光束整形装置，特别是离轴系统，可以使用VirtualLab来进行高效的模拟和分析。模拟过程中，根据情况应用不同的模拟引擎。 /;Hqv`X7  
KMkD6g  
详述案例 QN$s%&O  
;b=diZE  
系统参数 L[9Kh&c  
LI3L~6A>  
案例的内容和目标 {V(~  
*A8*FX>\F  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 j7Y7&x"  
sT!?nn3O`  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 ]o"E4Vht  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 =`|BofR  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 ZAy/u@qt  
R\&z3<-S  
模拟任务：反射光束整形设置 BI-'&kPk  
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。 x+za6e_k"  
XI[n!)3  
ReM]I<WuY  
}za pN v  
`W@jo~y<  
!idVF!xG  
规格：像散激光光束 >lqo73gM9  
C@:X9NU  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 y0T#Qq  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 NkNFx<9T  
vdgK3I  
nj;3U^  
Z8ivw\|M8  
Ag+B*  
CYE[$*g6y  
规格：柱形抛物面反射镜 $MQ<Q
P  
                         =8`KGeP$  
 有抛物面曲率的圆柱镜 `S-l.zSZ4B  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 Z&iW1  
 曲率半径等于焦距的两倍 2 yANf  
Xp06sl7 M  
P/[RH e  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） DBaZcO(U  
u ynudO  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 %{rb,6  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） $)KODI>|  
 离轴角决定了截切区域 wy:Gy9\  
fB7Jx6   
规格：参数概述（12° x 46°光束） #T>?g5I  
g
|3bM  
   z^tzP~nI  
6A.%)whI;  
光束整形装置的光路图 4\|Q;@f  
O#[bNLV  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 L?|
}!  
 因为离轴抛物面镜的位置是相对于它的焦点，那么到反射镜2的距离z必须是负的。 JM/\n4ea:  
B?^~1Ua9Zv  
反射光束整形系统的3D视图 Vrlqje_Q  
F|m &n&  
6m]?*k1HC  
i4k [#x  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 }{@y]DcdM4  
 绿线表示生成的光轴，由VirtualLab的基础定位方法生成（仅仅设置了距离z和倾角）。 m6K7D([f  
EHhc2^e  
详述案例 zd$?2y8  
wM7Iu86  
模拟和结果 y*sVimx  
*! 
:j$n;  
结果：3D系统光线扫描分析 J[Mj8ee#  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 oO3^9?Z  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 )h0>e9z>Y  
4t%Lo2v!X%  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd CFW Hih  
>iK LC  
使用参数耦合来设置系统 8Ara^Xh}q  
+p jB/#4  
自由参数： *3={s"a.(  
 反射镜1后y方向的光束半径 *$R9'Yo}F  
 反射镜2后的光束半径 wVI_SQ<8V  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） +eH`mI0f  
 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。 9yTDuhJ6  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 -Q<OSa='  
(7!pc  
9SA%'  
7CF>cpw  
?-3G5yy  
BKI-Dh  
自由参数： SD%3B!cpX  
 反射镜1后y方向的光束半径 [X]hb7-&  
 反射镜2后的光束半径 IaRwPDj6  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） 'CJ_&HR  
 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。 2g5 4<G*e  
ARnq~E@1  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 FwB xag:u  
I H#CaD  
v)|a}5={  
结果：使用GFT+进行光束整形 | ~>7_:  
3"my!}03  
OKau3T]  
:?z@T[-  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 vNd
X  
=Xid"$  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 9+<A7PM1
T  
Df2$2VU  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 W;!V_-:  
|cuKC \  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： D8E^[w!  
}LX!dDuwA  
$Fc}K+  
9)=bBQyr:  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd ~@<o-|#  
+5R8mbD!  
结果：评估光束参数 @J^ Oy 3z  
qyy.&+  
 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。 mxJe\[I  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。 \YF;/KwX$  
wNFx1u^/)  
5__B M5|  
 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。 Y![i=/  
 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） `)w=@9B)"  
'< >Q20  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd Ag(JSVY  
:]8A;`G}  
光束质量优化 *N{k#d/  
cL#zE  
 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。 pxyFM@Z](  
 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）。 Lew 2Z
 
,PKUgL}w  
结果：光束质量优化 [(8s\>T  
5yV>-XT+-  
 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。 HuSE6an  
mL;oR4{  
W5Jb5  
$|!3ks  
 然而，光束半径是略有减少。（光束半径显示在最后一张幻灯片是由于其偏离了理想高斯。） 6
Rg>h  
.K#' Fec  
"18cD5-#  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd 6*|EB|%n  
mv$gL  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 /6x[C  
A&-2f]L tl  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 L0%W;m  
n7n-uc  
 这意味着参数变化是的正态 fP
( n3Q  
6HVX4Z#VH  
,K&L/*  
   v.,D,6qZ  
 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。 \vL{f;2J  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 &RHx8zScP  
nU2w\(3|  
AuBBSk8($  
RO'b)J:j9  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run c47.,oTo  
wwa)VgoS[  
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） ^O"o-3dte  
pYUQSsqC  
g+4x  
{HVsRpNEf  
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。 uCWBM  
9!Fg1h=  
总结 =%[vHQ\%  
%;GRR (K  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 2ryg3%+O  
1.模拟 bl|)/)6o  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 TD!c+${w  
2.研究 7Mh!@Rd_V  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 "1Y DT-I"  
3.优化 B6!ni@$M8X  
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。 {Sc*AE&Y  
4.分析 H]{`q  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 %=vU Z4  
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。 ]==S?_.B3n  
S09Xe_q  
参考文献 "Z-YZ>2  
[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). xu'b@G}12  
ZYTBc#f  
进一步阅读 Ui"3'OU'  
BGO pUy  
进一步阅读 ^/$U(4  
 获得入门视频 e~6>8YO+7j  
- 介绍光路图 lO1]P&@  
- 介绍参数运行 '@5"p.  
 关于案例的文档 U\"FYTC  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens R\u5!M$::  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens XpT~]q}  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing ?ViU%t8J5  
- 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