[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） y<<:6OBj  
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 8jn
z;;|  
0uf'6<fR  
 ThLnp@  
简述案例 ':v@Pr|  
Pc*+QtQ  
系统详情 '
<v/Gl\  
 光源 ^:0epj7  
- 强象散VIS激光二极管 UBUZ}ZIbN  
 元件 (v\Cv)OS  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） '~1uJ0H  
- 具有高斯振幅调制的光阑 ?d -$lI  
 探测器 c 4<~?L  
- 光线可视化（3D显示） c==` r C  
- 波前差探测 "z^&>#F  
- 场分布和相位计算 @Ik@1  
- 光束参数（M2值，发散角） T|h/n\fx)a  
 模拟/设计 f&\v+'[p  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 -n-rKN.T  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： m,~ @1  
 分析和优化整形光束质量 #NAlje(7  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 ;
plzJ6>  
"))G|+tz  
系统说明 r2EIhaGF;  
Q&Rj)1!  
!~{AF|2f  
模拟和设计结果 OOEmXb]8  
7DU"QeLeb  
数值探测器结果 4No!`O-!&  
'~^3 =[Z  
a;a2x .<  
8q6b3q:c  
fR>(b?C  
总结 [8k7-}[  
TB]Bl.  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 kpM5/=f/@  
1.模拟 m,e@bJ-  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 yK +&1U2`  
2.评估 4MVa[0Y  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 y7I')}SC  
3.优化 #-9;Hn4x  
利用一个具有高斯形状孔径函数的光阑和经典场追迹引擎来优化M2参数。 ])=k";76  
4.分析 /"t*gN=wrF  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 pcM'j#;  
<t{T]i+  
对于复杂的光束整形装置，特别是离轴系统，可以使用VirtualLab来进行高效的模拟和分析。模拟过程中，根据情况应用不同的模拟引擎。 <y(uu(c  
YQ`GOP#/  
详述案例 ,6Kx1
 c  
eD0Rv0BV^  
系统参数 FTtGiGd|Zy  
5@$b@jTd  
案例的内容和目标 {*8'b
NJ  
x}G["ZU}v]  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 P`'
Nv  
4#?OxvH  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 z G {1;  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 JLsy|}>  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 =Tf uwhV  
54kd>)|"ag  
模拟任务：反射光束整形设置 {89F*  
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。 (hefpqpi  
0kI.dX)  
So*Q8`"-.  
]
3_oT^$:  
c <[?Z7y  
JJ3(0 +  
规格：像散激光光束 FAVw80?5k  
`z$<1QT  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 7E$ e1=  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 DWep5$>&K  
qlJP2Ig~  
+I0?D  
mnM#NT5]  
}d2]QD#O  
uhUC m  
规格：柱形抛物面反射镜 CUB=
T]  
                         @x">e][B  
 有抛物面曲率的圆柱镜 k,S'i#4q4  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 zE +)oQ,  
 曲率半径等于焦距的两倍 V.kUFTCvf  
SrfDl*  
bWK}oYB*  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） "Y9 *rL  
F4i c^F{K  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 `Td
0R!  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） X8Px  
 离轴角决定了截切区域 lH/d#MT  
<">tB"="b  
规格：参数概述（12° x 46°光束） }E+}\&  
/#M|)V*wn  
   [k(oQykq  
p%_#"dkC7  
光束整形装置的光路图 8Letpygm  
h>w4{u0  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 >Liv].  
 因为离轴抛物面镜的位置是相对于它的焦点，那么到反射镜2的距离z必须是负的。 0[g8  
Q_'3}:4  
反射光束整形系统的3D视图 [^B04
x@  
&Ib8xwb:  
f{[U->#^  
iCCY222:  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 ~WK>+T,%  
 绿线表示生成的光轴，由VirtualLab的基础定位方法生成（仅仅设置了距离z和倾角）。 s{#ZRmc2B  
A,rgN;5fb  
详述案例 5_b`QO  
r# 5))q-  
模拟和结果 x|G#oG)_  
Y9ueE+6  
结果：3D系统光线扫描分析 j"*ZS'0  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 7nB@U$]-Sz  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 `<2y [<y  
r'M|mQ$s>  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd ~M%r.WFpA  
>bWsUG9  
使用参数耦合来设置系统 k.>*!l0  
P]-d(N}/H  
自由参数： Me[T=Tt`@w  
 反射镜1后y方向的光束半径 -J4?Km  
 反射镜2后的光束半径 dIe-z7x  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量）
RG|]Kt8  
 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。 l2KR=&SX/  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 ]Qe;+p9vU  
wxEFM)z
r  
&yv%"BPV  
,/{mRw%  
2>0[^ .;"  
wy"^a45h  
自由参数： x(h(a#,r  
 反射镜1后y方向的光束半径 %>}6>nT#  
 反射镜2后的光束半径 0\O*\w?  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） Oz!#);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。 w}^z1n  
(L_txd4  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 &bBK#d*-u?  
B\A2Vm`&  
di}YHMTx  
结果：使用GFT+进行光束整形 ~M`QFF  
LF?83P,UJ#  
aPaGnP:^  
*_}|EuY  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 g2.%x\d  
RRig  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 T (]  
C72?vAc,F  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 w35r\x +  
\ Xow#@[  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： DesvnV'{`  
[R-4e; SRh  
6?Ul)'  
n}PK0  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd )vO;=%GQ  
~` v7  
结果：评估光束参数 .g_BKeU  
{ecmOxKP}  
 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。 RX:wt  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。 !xyO  
3Vjuk7  
$8h
^R#  
 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。 +,<\LIP
  
 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） t QkEJ pj  
q3Re F_  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd z.n`0`^  
xnWCio>M  
光束质量优化 SHS:>V  
=(b;Cow  
 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。 |&+g,A _w  
 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）。 XbdoTriE  
e|u|
b  
结果：光束质量优化 ).@8+}`  
J"'2zg1&  
 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。 .f 4a+w  
B4 5B`Ay  
WV_y@H_  
d)`XG cx{=  
 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。） mcAg,~"HB  
:L<$O7  
@sv==|h  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd hM\<1D CKG  
dP[l$/  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 JViglO1\  
2)]C'  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 6r"uDV #0  
c(Zar&z,E  
 这意味着参数变化是的正态 !U.Xb6  
fI(u-z~,  
o.U$\9MNP  
   `"QUA G  
 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。 R>H*MvN  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 $by-?z((  
.CH0P
K=l  
0.S].Y[  
:UMg5eZ  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run d (]t}  
+cv7]  
第一个随机公差的典型强度分布：（相应的均方根波前差：1.08λ，40.4λ，140λ） e\i K  
T5_z^7d  
Dt?O_Bdv[  
^Cb7R/R3  
由于波前差和因此校准的偏差更大，M2值明显增加。可以使用高斯孔径来减少。 0/P!rH9  
e&Z}struE  
总结 yyZH1A  
xExy?5H7  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 33x3zEUt6  
1.模拟 %||}WT-wv  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 B%!z7AT  
2.研究 Z0T{1YEJ  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 |,M&ks  
3.优化 lQQXV5NV  
通过使用显示出高斯整形孔径函数和经典场追迹引擎来优化M2参数。 )\_xB
_K\  
4.分析 u%?u`n2'  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 L;30&a  
可以使用VirtualLab Fusion非常有效地模拟和分析复杂的光束整形装置，尤其是离轴系统。为此，根据情况应用不同的模拟引擎。 1BQ
TvUAA  
b9%}<w  
参考文献 -a(f-  
[1]M. Serkan, H. Kirkici, and H. Cetinkaya, “Off-axis mirror based optical system design for circularization, collimation, and expansion of elliptical laser beams”, Appl. Optics 46, No. 22, 5489-5499 (2007). /!ZeMY:x  
j-|YE?AA  
进一步阅读 'Ht$LqG  
_.0c~\VA  
进一步阅读 d{+H|$L`  
 获得入门视频 :0>wm@qCQ  
- 介绍光路图 )3v0ex@Jl  
- 介绍参数运行 @ fm\ H  
 关于案例的文档 B[7|]"L@  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens Frn#?n)S9  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens /G`&k{SiK  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing p.i$[6M  
- 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