[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） Ol9U^  
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 8_>\A= E  
*]z.BZI:  
b@^M|h.Va  
简述案例 -QIcBzw;q  
/}2 bsiJT  
系统详情 qh0)~JL4  
 光源 NUH;GMj,,  
- 强象散VIS激光二极管 C-qsyJgZy  
 元件 h@Ea$1'e,  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） KU-z;}9s  
- 具有高斯振幅调制的光阑 cAyR)Y!I  
 探测器 XZcsx  
- 光线可视化（3D显示） 5YC56,X  
- 波前差探测 !/< 5.9!9r  
- 场分布和相位计算 qt/syF&s  
- 光束参数（M2值，发散角） 6\ux;lksn*  
 模拟/设计 y;0.P?Il"  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 "x9xJ  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： B_hob  
 分析和优化整形光束质量 n8[sR;r5f  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 jm RYL
("  
;DC0LJ  
系统说明 ?MKf=!w  
KblOP{I  
KrMIJA4>  
模拟和设计结果 }S*6+4  
{N)\It  
数值探测器结果 gK(
E0p"  
[w=x0J&  
k%hD<_:p  
8o-?Y.2  
ez(4TtT  
总结 Da-F(^E  
E>4#j PK  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 d/Py,  
1.模拟 cnLC>_hY  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 v^@L?{"}8  
2.评估 ~lDLdU
s  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 yp@mxI@1  
3.优化 x ?^c:`.  
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。 &tWWb`  
4.分析 V]q{N-Iq  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 ?b
#?Vz  
,9?'Q;20  
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。 $)n
{}8^  
wW%I <M  
详述案例 T{uktIO/  
44%H? ,d  
系统参数 `b\4h/~  
~%<PEl|  
案例的内容和目标 lg8~`96  
2CmeO&(Qf*  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 ;Ly4Z*!2  
o8s&n3mY}y  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 UD9h5PgT  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 dtF6IdAf  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 2Cr+Z(f  
RLKO0 #  
模拟任务：反射光束整形设置 ise@,[!  
引入的反射光束整形装置是基于一个反射镜系统，此系统由两个抛物面圆柱反射镜镜与抛物面截面反射镜组成。焦点距离和镜子的位置取决于输入光束的发散角。 8U;!1!+ 7)  
W/\7m\B  
Qb(
CH  
M2s   
BbU&e z8P  
Rp@u.
C<  
规格：像散激光光束 2X*epU_1h  
kkJg/:g  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 wz, \zh  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 'R'>`?Nh  
\6lXsu;I.X  
~(Tz <  
+\W"n_PPy  
26Yg?:kP  
mdZELRu  
规格：柱形抛物面反射镜 <!+o8z]  
                         ^-ACtA)  
 有抛物面曲率的圆柱镜 <;XJ::d  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 |hdh4P$+|  
 曲率半径等于焦距的两倍 :EO}uP2  
*jJ62-o  
H!Od.$ZIX  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） xO.7cSqgw  
V`H#|8\i  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 /tUl(Fp J`  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） l,X;<&-[  
 离轴角决定了截切区域 =.o-R=:d  
q@\_q!  
规格：参数概述（12° x 46°光束） JJ+<?CeHD  
fC-^[Af)  
   1
z`,*eD7  
$bo^UYZ6  
光束整形装置的光路图 =CVw0'yZ  
asF-mf;D  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 ?UxY4m%R;  
 因为离轴抛物面镜的位置是相对于它的焦点，那么到反射镜2的距离z必须是负的。 T9$U./69-L  
lvN{R{7>  
反射光束整形系统的3D视图 GmH
sO/  
$e_ps~{7$  

5{5ABV  
%*gO<U4L]  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 #<~f~{x  
 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）。 XgbGC*dQ  
N0piL6Js  
详述案例 .( J/*H  
P$QjDu-  
模拟和结果 t,+S~Cj|  
|")x1'M  
结果：3D系统光线扫描分析 N:<O  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 <2Q@^  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 BNy"YK$  
ZX0c_Mk=  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd wY95|QS  
Gw./qu-W  
使用参数耦合来设置系统 cDx
^}N!  
:9#`|#uh  
自由参数： v<SEGv-  
 反射镜1后y方向的光束半径 l#"alU!<^  
 反射镜2后的光束半径 8F* WT|]  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） J4vKfxEg  
 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。 j[fQs,efK  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 V!P3CNK  
_y9P]@Q7%  
</X"*G't  
SSXS  
[z~Nw#  
nADd,|xD3  
自由参数： !.9vW&t  
 反射镜1后y方向的光束半径 T]W -g  
 反射镜2后的光束半径 wb[(_@eZ  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） @>]3xHE6#=  
 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。 J$Epj  
Q8x{V_Pot  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 2FzS_\":I  
;N\?]{ L  
=dBrmMh  
结果：使用GFT+进行光束整形 H1nQ.P]_  
!cb#fl  
50&F#v%YB  
~N9-an  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 ^0Q*o1W  
YZl%JX  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 _zh5KP[{  
e_], O_Z  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 2[po~}2-0  
QZr<=}
 
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： 3(+#^aw  
S=p u  
l*Ei7 |Z  
]5fM?:<l  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd }yw;L(3  
h<;[P?
z  
结果：评估光束参数  ~C/KA6H  
~ fEs!hl  
 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。 1omvE9 %zM  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。 V^I/nuy  
TEyx((SK  

yrAzD=  
 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。 "5:f{GfO#v  
 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） k{jw%a<Sc  
c)MR+'d\WO  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd 1:zu$|%7  
i8_x1=A  
光束质量优化 HFuaoS+b*  
"GI
&S%F  
 通常，使用合适的高斯调制光阑以用于优化M2值。 因此，我们使用测量的半径作为腰束半径（消除发散角）来生成一个高斯光束。 vQmackY  
 之后，将接收场转换成一个透射函数。 将该传输函数用作光阑（在一个透射函数元件中）。 *g4Cy8$  
jHlOP,kc  
结果：光束质量优化 9}cuAVI  
o?K|[gNi  
 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。 Hu8atlpo  
v\(m"|4(i  

gH^$Y~Lx  
^FM9} t/U,  
 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。） i `QK'=h[  
KM}4^Qc  
`.(S#!gw  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd M |?p3%  
uuYH6bw*d  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 BrH;(*H)8  
I"32[?0 (;  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 ht3T{4qCS  
P
!+nZXo  
 这意味着参数变化是的正态 QeeC2  
hLbT
\J`I  
x56 F  
   ]9&q'7*L  
 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。 }SMJD  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 zLw h6^?Y  
;q,)NAr&  
%Mng8r  
+GYMJK`S+  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run \As oeeF  
Dg>'5`&  
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） ^UvK~5tBV  
y|;8:b32  
~"q,<t  
40Qzo%eL  
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。 u1)TG"+0  
K>R;~ o  
总结 \gp,Txueb  
VUy)4
*  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 w <#*O:  
1.模拟 sO6gIPU^  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 n`m_S
 
2.研究 adO!Gs9f?  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 noaN@K[GO  
3.优化 1R2o6`_  
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。 LPapD@Z  
4.分析 NT;x1  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 _7=pw5[  
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。 WE5"A| =  
3j+=3n,  
参考文献 <RoX|zJ
w  
[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). V+=*2?1  
v$)@AE  
进一步阅读 UN*dU  
@0vC v
 
进一步阅读 b#p~F}qT  
 获得入门视频 \za5:?[xB  
- 介绍光路图 g]Xzio&w  
- 介绍参数运行 E+m]aYu"  
 关于案例的文档 &ppE|[{  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens `rz`3:ZH  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens h/1nm U]  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing 84p[N8  
- 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