[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） A?q9(n|A"  
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 P K]$D[a0  
}5)sS}C  
':v@Pr|  
简述案例 7D;g\{>M  
+6xEz67A<  
系统详情 v=~=Q*\l  
 光源 +Y^_1  
- 强象散VIS激光二极管 Dw@0P  
 元件 &m'ttUG?  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） p$5+^x'(  
- 具有高斯振幅调制的光阑 _TRO2p0  
 探测器 ^r7-|  
- 光线可视化（3D显示） E,#J\)'z  
- 波前差探测 9\|n2$H:  
- 场分布和相位计算 ?}N@bsl08w  
- 光束参数（M2值，发散角） qGE?[\t[6  
 模拟/设计 ;!CYp;_  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 t^=6czk  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： j]#-DIL  
 分析和优化整形光束质量 ?T\m V}  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 #l(cBM9sz  
rSYzrVc  
系统说明 u= |hRTD=  
P|[i{h  
2[\I{<2/9  
模拟和设计结果 WheJ 7~  
Di3<fp#w#  
数值探测器结果 O MEPF2:  
BVx: JiA  
(]|rxmycA  
?U:LAub  
V4RtH  
总结 rmCrP(  
oJF@O:A  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 w,\#)<boyb  
1.模拟 yTDlDOmV!
 
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 }ST9&wi~  
2.评估 JNzNK.E!m-  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 QY<{S&k9  
3.优化 UGy~Ecv  
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。 ^AWM/aY  
4.分析 CW(]6s u{  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 zS*X9|p  
\ORNOX:  
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。 =TDK$Ek  
lO-:[@  
详述案例 *g^U=t  
+"!,rZ7,A  
系统参数 t@Qs&DZ7k  
_MZqH8  
案例的内容和目标 4#?OxvH  
xzFV]  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 z G {1;  
dkuB{C,  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 (hefpqpi  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 l>RW&C&T  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 ]
3_oT^$:  
Kc=&jCn  
模拟任务：反射光束整形设置 FAVw80?5k  
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。 %,rUN+vW  
X I\zEXO  
uE~? 2G  
!<3(+H  
1(`>9t02/?  
C,R_`%b%  
规格：像散激光光束 #/ 1  
3tMFJ ;*`  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 {~a=aOS  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 Akf?BB3bC  
}O<u  
/>(e.)f  
bWK}oYB*  
#$xiqL  
$u`y  
规格：柱形抛物面反射镜 g]9!Pi8jn  
                         \?-`?QPux  
 有抛物面曲率的圆柱镜 |1H"ya  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 qG=9zp4y?Y  
 曲率半径等于焦距的两倍 n83,MV?-  
 q&0Jl  
w{3 B  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） %ci/(wL  
4"fiEt,t<x  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 Y!9'Wf/^  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） Hd6g0  
 离轴角决定了截切区域 NaC^q*>9  
[G^ir  
规格：参数概述（12° x 46°光束） DQ^yqBVgQ  
_8b)Xx@5  
   lL~T@+J~  
w?A&XB+  
光束整形装置的光路图 8moX"w\~_h  
EUj'%;sz-  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 ++-\^'&1  
 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。 4flyV -  
zJS,f5L6)  
反射光束整形系统的3D视图 HONrt|c  
bS_!KU  
LbDhPG`u  
y\b.0-z  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 ,p/iN9+Z  
 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）。 /w{DyHT  
#*;(%\q}  
详述案例 Er?Wg09  
L3P_  
模拟和结果 u1O?
`  
g?!vRid@S  
结果：3D系统光线扫描分析 C)/uX5  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 Y[9x\6 _E  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 =]yJvn"  
iy Zs:4jkc  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd :BG/]7>|V  
,/{mRw%  
使用参数耦合来设置系统 j8nG Gx  
x(h(a#,r  
自由参数： SeqnO.\  
 反射镜1后y方向的光束半径 oqHI`Tu  
 反射镜2后的光束半径 hN$6Kx>{  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） 9*2A}dH  
 由于功能原理，所有系统参数（距离，焦距，直径）可以由光束参数分析计算。 'x BBQP  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 ;|e{J$  
(Y\aV+9[  
JzMPLmgG/  
FqAW><  
\2)a.2mAz  
gUzCDB^.:  
自由参数： *_}|EuY  
 反射镜1后y方向的光束半径 g2.%x\d  
 反射镜2后的光束半径 8P.UB{QNe  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） x;89lHy@e  
 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。 DbFTNoVR  
Xjc{={@p3  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 /~V.qisZ  
q}*"0r  
Fy5xIRyI\F  
结果：使用GFT+进行光束整形 Px5ArSS  
He="S3XON  
=XsdR?C  
Lc
(D2=%  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 0{g@j{Lbz  
H[?~
u+  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 j7=I!<w V  
VQV7W  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 F;Ms6 "K  
-~ytk=  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： AYHB?xOpR  
1XQJ#J1/  
Fv=7~6~  
gE%{#&*  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd ~fB}v  
L{(\k$>'  
结果：评估光束参数 ) \Mwv&k1  
| iEhe  
 从生成的整形光束场分布，可以评估光束参数。 可以直接通过使用探测器界面实现。 mz@`*^7?  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。 ]C^D5(t/cd  
~(kIr?^  
}q9;..oL  
 整形光束在x和y方向上显示了一个几乎相同的半径。 发散角大约是4urad。 !4d6wp"  
 M2值明显高于1。（与理想高斯光束相比，高M2值是由光束偏离引起的） d)`XG cx{=  
mcAg,~"HB  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd :L<$O7  
8`}(N^=}  
光束质量优化 ei'=%r8~  
%:oyHlz%  
 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。 0 ;kcSz  
 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）。 x"h0Fe?J  
),%/T,!@  
结果：光束质量优化 0:UK)t)3I  
D(xg
adr  
 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。 o.U$\9MNP  
`"QUA G  
8$a4[s  
$by-?z((  
 然而，光束半径是略有减少。（光束半径显示在最后一张幻灯片是由于其偏离了理想高斯。） V_jVVy30Ji  
6+"P$Ed#i  
T677d.zaT  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd L'=2Uk#.D  
E15"AO   
反射镜方向的蒙特卡洛公差 JmdXh/X
 
3?I^D /K^  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 GgkljF@{}  
f2Frb  
 这意味着参数变化是的正态 2Cn^<(F^4I  
JG&`l{c9  
%||}WT-wv  
    b<v\  
 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。 7cin?Z1  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 Rro|P_  
FrD.{(/~  
x bF*4;^SI  
yA_;\\  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run jq(3y|6,  
OD<0,r0f,  
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） ^c{}G<U^  
2%\Nq:;T  
/!ZeMY:x  
j-|YE?AA  
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。 F4X/ )$Dk  
;
:1d<Q|  
总结 Y W_E,A>h  
Ib.`2@o&  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 kb1{;c:  
1.模拟 B[7|]"L@  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 _ b}\h,Ky  
2.研究 <b"ynoM.
A  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 )k0e}  
3.优化 I!lzOg4~  
通过使用显示出高斯整形孔径函数和经典场追迹引擎来优化M2参数。 K[)N/Q  
4.分析 K0 .f4o  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 J411bIxD+q  
可以使用VirtualLab Fusion非常有效地模拟和分析复杂的光束整形装置，尤其是离轴系统。为此，根据情况应用不同的模拟引擎。 b1{~j]"$L  
KTxdZt  
参考文献 >R3~P~@30  
[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). Qfo'w%px  
Mp;t?C4  
进一步阅读 pW O-YZ#+  
'"QC^Joz  
进一步阅读 `*PVFm>  
 获得入门视频 Z:aDKAboU  
- 介绍光路图 :/ns/~5xa:  
- 介绍参数运行 9oS\{[x.  
 关于案例的文档 T:x5 ,vpM  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens %Bmi3 =Rr  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens zNR
oFz.  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing JbzYr]k  
- BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair

学习了

讲的很详细

很棒 学习一下！

非常有用，谢谢！

学习一下。