[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） 
{S[+hUl  
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 A8tzIh8  
PW7{,1te,  
b/;!yOF  
简述案例 ,6TF]6:  
<j\osw1R  
系统详情 K=lm9K  
 光源 k%2woHSu&  
- 强象散VIS激光二极管
V;}kgWc1  
 元件 7uy?%5  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） Q5Yy \M  
- 具有高斯振幅调制的光阑 [=/Yo1:v  
 探测器 q+<<Ku(20  
- 光线可视化（3D显示） N!me:|Dn  
- 波前差探测 0 ]K\G55  
- 场分布和相位计算 o9GtS$O\  
- 光束参数（M2值，发散角） EY+/ foP  
 模拟/设计 Z/ w}so  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 f[r?J/;P9  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： w2 %u;D%  
 分析和优化整形光束质量 (p6$Vgdt  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 NWL\"xp `t  
B8=r^!jEL  
系统说明 ={'*C7K)oK  
^ &UezDTS  
U-h'a: K  
模拟和设计结果 F6'[8f  
/xS4>@hn  
数值探测器结果 EuH[G_5e0  
g<b(q|  
Ku'OM6D<  
WF#3'"I  
'>"
ri
Ek  
总结 m%$GiNs}  
%KjvV<f-a  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 XEX."y  
1.模拟 iwiHw  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 }8lv
i vR4  
2.评估 N*mm[F2+F  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 owR`Z`^h)  
3.优化 .
W7ZpV  
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。 lhk=yVG3  
4.分析 @Yzdq\FI  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 A,H|c="  
?v5OUmFM  
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 PAl8  
6cQ)*,Q  
详述案例 bY@ S[  
GS*Mv{JJ  
系统参数 NT1"?Thx|  
XT"-  
案例的内容和目标 H Z)an  
eV"Za.a.  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 \>7hT;Av=G  
i!nPiac  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 4tGP- L  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 0b3z(x!O  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 3Yb2p!o  
R3dt
-v  
模拟任务：反射光束整形设置 q@@C|oqEX  
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。 Zqp<8M2  
`i"7; _HoV  
@lO(QpdG  
XX9u%BZ~  
12olVTuw  
[t{ed)J  
规格：像散激光光束 MJ%gF=$X  
:~PzTUz  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 Vi:<W0:  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 v:xfGA nP  

j34L*?  
.29y3}[PO  
Z\1wEGP7{  
4k6,pt"  
lYq/ n&@_1  
规格：柱形抛物面反射镜 $%GW~|S\C  
                         z>&|:VGG  
 有抛物面曲率的圆柱镜 '*d);{D8  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 7%7 \2!0J}  
 曲率半径等于焦距的两倍 B098/`r  
O9/7?"l"  
Dpf"H  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） F,)\\$=,  
>P_/a,O8  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 =)O%5<Lwx  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） ^DaP^<V  
 离轴角决定了截切区域 4\rwJD<  
6~O9|s^38w  
规格：参数概述（12° x 46°光束） wVMR&R<t  
>vny9^_  
   F-&=N {+  
pf%B  
光束整形装置的光路图 w1q`  
fEgwQ-]  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 AzlZe\V?)~  
 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。 qTV;L-  
] l@Mo7|w  
反射光束整形系统的3D视图 gOSFvH8FU  
dPx{9Y<FzU  
+T,Yf/^Fn  
Q"VS;uh.v  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 EsK.g/d  
 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）。 `(Eiu$h6V-  
fk)5T
Pc^  
详述案例 y<0RgG1qp  
9cMQ51k)E  
模拟和结果 \])-Bp,  
Jp#Onl+d6  
结果：3D系统光线扫描分析 8gK  <xp  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 4eh~/o&h  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 X 8#Uk}/  
xJemc3]2  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd qwd7vYBc,  
%k8H
'w\  
使用参数耦合来设置系统 {!]7=K)W9  
K>_~zWnc  
自由参数： AJWV#J%nB  
 反射镜1后y方向的光束半径 "$6 .L^9W  
 反射镜2后的光束半径 iI 4XM>`a  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） Z+EN]02|  
 由于功能原理，所有系统参数（距离，焦距，直径）可以由光束参数分析计算。 QswbIP/>:'  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 ~bsL W:.'  
vXUq[,8yf  
S9@2-Oc  
^U@-Dp,k+  
|u5Xi5q.f  
M>m+VsJV  
自由参数： 3Y6W)$Q  
 反射镜1后y方向的光束半径 V#-\ 4`c  
 反射镜2后的光束半径 )/4xR]  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） nbf w7u  
 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。 6:$+"@ps  
Q(0eq_X|6  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 zh60b{  
;mtv  
.R!
/?eN  
结果：使用GFT+进行光束整形 {EL J!o[  
?]In@h-  
Z}NMDb:t  
fk!P#  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 WPXLN'w+  
*v6 j7<H  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 %!HBPLk  
Ph Ep3o&"  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 c!20((2|I  
xmp^`^v*  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： YgfQ{3^I  
lAZn0EU  
3`3`iN!8\@  
lQ!)0F  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd azT@S=,  
U?W?VEOO!7  
结果：评估光束参数 $1< ~J  
@Z{!T)#}j  
 从生成的整形光束场分布，可以评估光束参数。 可以直接通过使用探测器界面实现。 9d8bh4[  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。 ek9Y9eJ"  
`^#V1kRmH  
Y%"73.x  
 整形光束在x和y方向上显示了一个几乎相同的半径。 发散角大约是4urad。 P S [ifC  
 M2值明显高于1。（与理想高斯光束相比，高M2值是由光束偏离引起的） U|!L{+F  
,'>,N/JA  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd B$)&;Q  
d|Q_Z@;JF  
光束质量优化 >ngP\&\  
LkA_M'G  
 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。 [t.x cO  
 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）。 u?-X07_  
G zw $M  
结果：光束质量优化 =U)e_q  
%g+*.8;"b  
 由于通过高斯孔径传播，光束显示出理想高斯形状。 因此，M2值在两个方向上几乎都是1。 +,$ SZO]  
l:?w{'i$  
|bWvQdN  
D @bnm 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。） t.YY?5l  
!GL kAV  
6'YsSde".  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd B^yA+&3HI  
I%qZMoS1h  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 OqNtTk+  
KMo]J1o  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 H1^m>4ll9  
{iRXK  
 这意味着参数变化是的正态 !caY  
CpG]g>]L&[  
wr+r J  
   L%sskV(  
 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。 ,Q>RtV  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 u:[vqlU  
=FfxHo1k  
hCvK2Xu  

+*AdSzX  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run /6@~XO)w  
I C?bqC+  
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） h:qt?$]J  
{@tqeu%IM  
x;; =+)Gg  
ZQV,gIFys  
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。 rm"C|T4:V  
<[W41{  
总结 WVa#nU^  
M}cgVMW  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 Iq%f*Zm<  
1.模拟 C 7e  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 nz%{hMNYH  
2.研究 :#I7);ol  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 Dx1
w I  
3.优化 S.Rqu+  
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。 byrK``f  
4.分析 ,KO_h{mI<  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 dY6A)[dAH'  
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。 gp`H>Sn.|  
8:QnxrODP  
参考文献 9]E;en NQ  
[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). #Y9'n0 AL  
,k=1'7d  
进一步阅读 rQ+2 -|#  
(}jYi*B  
进一步阅读 d@u)'AY%/  
 获得入门视频 uOU?-WtPz  
- 介绍光路图 *RpBKm&^7  
- 介绍参数运行 yi
-S^  
 关于案例的文档 V <;vy&&  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens p(J,fus  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens sb^%eUU])  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing BEfp3|Stb  
- 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