[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） L|\Diap  
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 GV6mzD@<  
e{!vNJ0`  
=bL{i&&  
简述案例 6N3@!xtpi  
UvBnf+,  
系统详情 ea~i-7  
 光源 o;QZe&  
- 强象散VIS激光二极管 tlGWl0V?7Q  
 元件 #ZTLrq5b  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） j)L1H* S%  
- 具有高斯振幅调制的光阑 &yLc1#H  
 探测器 \
]8i}E1  
- 光线可视化（3D显示） @a(oB.i  
- 波前差探测 ym%o}(v-  
- 场分布和相位计算 D9o*8h2$  
- 光束参数（M2值，发散角） n(R_#,Hs  
 模拟/设计 o](.368+4  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 *P xf#X  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： ~6d5zI4\  
 分析和优化整形光束质量 :hP58 }Q$  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 } yq  
T2|:nC)@  
系统说明 fl)zQcA  
4_Y!elH)  
v<&v]!nF  
模拟和设计结果 X9~p4ys9{  
8 u:2,l  
数值探测器结果 v{koKQ'Y()  
v[L[A3`"/  
U~/ID  
v#Upw\!  
\h#9oPy  
总结 Qlh?
iA  
$1e pf  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 @L8;VSI  
1.模拟 +c?ie4   
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 o#}mkE87  
2.评估 bQ.nFa']  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 xJc.pvVPw  
3.优化 0b++17aV  
利用一个具有高斯形状孔径函数的光阑和经典场追迹引擎来优化M2参数。 gjZx8oIoP  
4.分析 dz,+tR~  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 ^ItAW$T]F  
}]GbUC!Zb  
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。 UABbcNW  
4Py3
I9  
详述案例 sam[s4@eQ  
!I7?  
系统参数 })7K S?  
61,O%lV  
案例的内容和目标 kfK[u/<i  
E9R]sXf8  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 ^A#x<J+  
w4A#>;Qu*  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 \(bj(an
y  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 yHOqzq56  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 !Bj^i cR  
Gh+f1)\FA"  
模拟任务：反射光束整形设置 A]xCF{*)&  
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。 Z@oKz:U  
JWWInuH  
-XW8 LaQB  
uMpl#N p  
UM\}aq=,  
xT=ySa$|>  
规格：像散激光光束 KBj@V6Q  
r0uJ$/!  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 2Pz5f  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 +C5#$5];  
eI?HwP{m  
N'a?wBBR  
OPLl*bnf  
Ys%'#f  
#/s7\2  
规格：柱形抛物面反射镜 =h7[E./U1  
                         !mae^A1  
 有抛物面曲率的圆柱镜 5\3 swP_7  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 E4Zxv*  
 曲率半径等于焦距的两倍 `GS cRhbh  
'}CN?f|.  
UQnBqkE  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） ->3uOF!q  
&t_A0z  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 y
WmrdvL  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） $r):d  
 离轴角决定了截切区域 ?(>
k,[n  
HoL~j({  
规格：参数概述（12° x 46°光束） (H2ylMpQt  
~f .y:Sbb  
   nfa_8  
1]Lhk?4t  
光束整形装置的光路图 y,V6h*x2  
]2PQ X4t0  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 wePI*."]  
 因为离轴抛物面镜的位置是相对于它的焦点，那么到反射镜2的距离z必须是负的。 R~$hWu}}  
Ej{+U  
反射光束整形系统的3D视图 ]d^k4 d  
\Vz,wy%-  
pbPz$Y  
*h:D|4oJ(  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 7oD y7nV4  
 绿线表示生成的光轴，由VirtualLab的基础定位方法生成（仅仅设置了距离z和倾角）。 ^K"ZJ6?+1  
ry
kj2/O  
详述案例 }'v{dK  
NtqFnxm
/  
模拟和结果 el}hcAY/RP  
1y 1_6TZ+  
结果：3D系统光线扫描分析 D$QGLI9(  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 !ZX&r{pJp  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 "cNg:  
[A|(A$jl  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd xUIvLH=  
[#IBYJ.6  
使用参数耦合来设置系统 nT#37v  
|^?`Q.|c$  
自由参数： Bpm,mp4g\#  
 反射镜1后y方向的光束半径 k&yQ98H$K"  
 反射镜2后的光束半径 7&h\l6}Yh  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） z1kBNOr  
 由于功能原理，所有系统参数（距离，焦距，直径）可以由光束参数分析计算。 (VfwLo>#  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 -Sx0qi'%  
l
},dQ4R  
hH#lTye  
z/)$D  
gAj0ukX5  
.#"1bRWpZ  
自由参数： -!@H["  
 反射镜1后y方向的光束半径 @51z-T  
 反射镜2后的光束半径 dr.**fGYde  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） Rq"VB.ef&{  
 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。 d8rBu jT  
vz- 9<w;>a  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 ={\![{L  
F ~*zC`>Y  
#,t2*tM  
结果：使用GFT+进行光束整形 K1/ U (A  
L7X7Zt8%  
BQ).`f";d  
fDL3:%D
  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 yVT&rQ"{  
hJecCOA)'  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 mluW=fE  
}*0,>w>  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 <}<#W/  
TViBCed40  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： v hRu`Yb  
,m2A p\l  
f#*h^91x  
Tnf&pu#5  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd , - QR  
u9esdOv  
结果：评估光束参数 65'`uuPx  
Lc58lV=  
 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。 lt }r}HM+  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。 NKRaQr  
SL6mNn9c  
k}- "0>  
 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。 W/b"a?wE{  
 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） g7.7E6%H  
<sm#D"GpP  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd ` 52%XI  
f1)HHUB  
光束质量优化 ~C%2t{"  
PthIdaN@  
 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。
R1II k  
 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）。 Su$18a"Bc  
0eQ~#~j&  
结果：光束质量优化 xeJ9H~^  
H|grb
Tv,  
 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。 29&sydu  
=6.8bZT\
 
b{Z^)u2X  
xR\D(FLVS  
 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。） m"96:v  
"9c.CI  
}@3Ud' Y  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd h`z2!F4  
H+S~ bzz  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 SNQz8(O  
<9Lv4`]GU5  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 t#fs:A7P?}  
%4?SY82  
 这意味着参数变化是的正态 &{X{36  
m-:8jA?  
vpZu.#5c  
   %1Vu=zCAW  
 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。 \h
jk$Gq
 
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 v_y!Oh?EG  
^L>MZA ?  
.
.vSL  
^+(A&PyP?  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run xI=}z
 
s`$NW^']
 
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） o0zc}mm  
XkMs
  
_myg._[  
KzEuPJ?  
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。 +)/Rql(lY  
ovhC42i  
总结 zvek2\*rO  
d$2@,  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 *(?U  
1.模拟 +=|hMQ;  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 ek<PISlci  
2.研究 zWCW:dI  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 tc+GR?-7W  
3.优化 U%mkhWn  
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。 ?noETHz)  
4.分析 .){e7U6b{  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 :zizca4  
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。 5~_eN  
(lyt"Ty  
参考文献 "D ts*  
[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). SREDM  
9;E%U2T7  
进一步阅读 9f\aoVX  
OqfhCNAY  
进一步阅读 oso1uAOfp  
 获得入门视频 e67c
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- 介绍光路图 ]FY?_DGOA  
- 介绍参数运行 oj,HJH+  
 关于案例的文档 HGP%a1RF#  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens )@8'k]Glw.  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens @Og\SZhn  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing Wo:zU  
- 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