切换到宽版
  • 广告投放
  • 稿件投递
  • 繁體中文
    • 8386阅读
    • 5回复

    [分享]VirtualLab运用:反射光束整形系统 [复制链接]

    上一主题 下一主题
    离线xunjigd
     
    发帖
    952
    光币
    9
    光券
    0
    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2016-11-13
    光束传输系统(BDS.0005 v1.0) &{)<Q(g  
    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 a[ULSYEi  
    ? Fqh i  
    )Rr6@o  
    简述案例 [bLKjD  
    ~B<\#oO  
    系统详情 v}>g* @  
    光源 DksYKv  
    - 强象散VIS激光二极管 }$?FR  
     元件 [[T7s(3  
    - 光束准直和整形的反射元件(例如圆柱抛物面镜) oKGH|iVEe  
    - 具有高斯振幅调制的光阑 r$<!?Z  
     探测器  ZllmaI  
    - 光线可视化(3D显示) d% EdvM|)  
    - 波前差探测 J~x]~}V&  
    - 场分布和相位计算 fb f&bJT  
    - 光束参数(M2值,发散角) ?!ap @)9  
     模拟/设计 M]8>5Zx.  
    - 光线追迹(Ray Tracing:):基本系统预览和波前差计算 mtUiO p  
    - 几何场追迹+和经典场追迹(Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing): XRaGV~  
     分析和优化整形光束质量 c<13r=+  
     元件方向的蒙特卡洛公差分析 $$AZ)#t[  
    besc7!S  
    系统说明 n'rq  
    <n_? $ TJ  
    U=v>gNba  
    模拟和设计结果 lU 9o"2  
    "t2T*'j{  
    8;M,l2pmR{  
    场(强度)分布                                   优化后
    数值探测器结果 B"v*[p?  
    #jbC@A9Pe  
    /{R ^J#  
    e {6wFN  
    D(z#)oDr  
    总结 :7@[=n  
    WjBml'^RY  
    实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 erI&XI  
    1.模拟 y^r'4zN'  
    使用光线追迹验证反射光束整形装置。 j'*.=cwsp  
    2.评估 Tp;W  
    应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 ~U+<JC Z  
    3.优化 Rd(8j+Q?ps  
    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。 7Kym|Zg  
    4.分析 R14&V1 tZ  
    通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 j1Ys8k%$l  
    3 EAr=E]  
    对于复杂的光束整形装置,特别是离轴系统,可以使用VirtualLab来进行高效的模拟和分析。模拟过程中,根据情况应用不同的模拟引擎。 )t~ad]oM  
    +@$VJM%^7b  
    详述案例  7]@M  
    3SM'vV0[  
    系统参数 %n]jsdE^|  
    ]:ca=&>  
    案例的内容和目标 9f['TG,"  
    t:dvgRJt*  
    在BDS.0001,BDS.0002,BDS.0003和BDS.0004案例中,研究了折射光束传输系统。 ?23J(;)s  
    yS)k"XNb  
    g=KK PSK  
     目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 6rS ? FG=  
     之后,研究并优化整形光束的质量。 VI3fvGHat{  
     另外,探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 j gV^{8qG  
    E.yFCaL  
    模拟任务:反射光束整形设置 %B&O+~  
    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。 -/3h&g  
    nUY)Ln I  
    H94_ae  
    <S_0=U  
    Q3r]T.].h  
    4Zjd g`  
    规格:像散激光光束 "-fyX!  
    [p\xk{7Y  
     由激光二极管发出的强像散高斯光束 Jv(E '"H  
     忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 [:,|g;=Y}  
    K[SzE{5=P  
    /3+E-|4s  
    [L7S`Z  
    / /G&=i$  
    Yy!G?>hC  
    规格:柱形抛物面反射镜 7ey|~u2  
                             "% i1zQo&  
     有抛物面曲率的圆柱镜 qoan<z7  
     应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 h1)+QLI  
     曲率半径等于焦距的两倍 <-d-. 8  
    zv1,DnkqF  
    +=`w  
    规格:离轴抛物面圆柱镜(楔型) 823y;  
    }zo-%#  
     对称抛物面镜区域用于光束的准直 Jx3a7CpX  
     从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜(楔型) yl<=_Q  
     离轴角决定了截切区域 'o_ RC{k2"  
    ),<h6$  
      
    规格:参数概述(12° x 46°光束) Q1h v2*/U  
    HDo=WqG  
       F&/ }x15  
    {YzpYc1  
    光束整形装置的光路图 }k1[Fc|  
    7|m{hSc  
    EY1L5 Ba.  
     由于VirtualLab的相对坐标系统,则仅需设置z方向的距离。 <^Q` y  
     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。 .<P@6Jq  
    rI:]''PR  
    反射光束整形系统的3D视图 ']Km%uwL  
    yC }x6xG  
    =F*{O=  
    7")&njQ/x  
    光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 i;)r|L `V?  
     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)。 Qe<c@i"  
    oRn5blj  
    详述案例 5OFb9YX  
    Z${@;lgP  
    模拟和结果 6Hpj&Qm  
    w68VOymD/  
    结果:3D系统光线扫描分析 @0:mP  
     首先,应用光线追迹研究光通过光学系统 <>1*1%m  
     使用光线追迹系统分析仪进行分析。 * 8D(Lp1  
    P[cGCmM  
    file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd T/7[hj  
    [h :FJ  
    使用参数耦合来设置系统 6 dCqS  
    %8L5uMx  
    自由参数: LZ9IE>sj  
     反射镜1后y方向的光束半径 cW $~86u"C  
     反射镜2后的光束半径 PI" )^`  
     视场角,这决定了离轴取向(这些值保存为全局变量) wa9{Q}wSa  
     由于功能原理,所有系统参数(距离,焦距,直径)可以由光束参数分析计算。 #`Et{6W S  
     对于此计算,应用了嵌入的参数耦合功能。 |z%*}DPrpa  
    X/wqfP  
    w*N9p8hb]  
    u`X}AKC  
    M8lR#2n|  
    yIThzy S  
    自由参数: `!T6#6h  
     反射镜1后y方向的光束半径 +hvVoBCM*  
     反射镜2后的光束半径 }%-`CJ,  
     视场角,这决定了离轴取向(这些值保存为全局变量) d3C*]|gQ  
     基于光束发散角和直径(x和y方向)焦点,可以计算并设置反射镜的直径和距离z。 [+y/qx79  
    u"n ~ 9!G  
     如果这个例子评估20个参数,那么返回到光路图(LPD)。 3?(||h{  
    >G+?X+9  
    hMs}r,*  
    结果:使用GFT+进行光束整形 M*c`@\  
    :@X@8j":  
    <<![3&p#  
    )6mv 7M{  
     现在,利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 58My6(5y  
    =M9Od7\J  
     由于离轴设置,光线分布显示出轻微的不对称形状。 :U;ZBs3  
    .~ W^P>t  
     不过,场分布几乎是对称的(最好是使用伪色(false colors))。  HPj7i;?O  
    V# 6`PD6  
     产生的相位是完全平坦的,产生的波前误差: =l3* { ?G  
    W,>;`>  
    4d3PF`,H`  
    |5,q54d(K  
    file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd s.I=H^ T  
    #6JCm!s  
    结果:评估光束参数 akQtre`5sd  
    7<?v!vQ}-  
     从生成的整形光束场分布,可以评估光束参数。 可以直接通过使用探测器界面实现。 IV:Knh+ ?  
     在这个例子中,我们对光束半径,发散角和M2值感兴趣。 -OuMC&  
    2S8/ lsB  
    )P.|Xk:r  
     整形光束在x和y方向上显示了一个几乎相同的半径。 发散角大约是4urad。 z|yC[ Ota  
     M2值明显高于1。(与理想高斯光束相比,高M2值是由光束偏离引起的) B)"WG7W E  
    |^@TA=_  
    file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd VG\ER}s&P  
    G\IH b |  
    光束质量优化 fr\UX}o  
    !/$BXUrd  
     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。 ^fb4g+Au  
     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)。
    4S.%y7d\  
    4//Ww6W:  
    结果:光束质量优化 0:nQGX!N  
    v1zJr6ra9  
     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。 ]0dp^%  
    }EO n=*  
    4Kt?; y ;  
    bd<zn*H 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。) -]PW\}w1  
    _&JlE$ua7  
    )mZ`j.  
    file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd ^yu^Du  
    7IZ(3B<87t  
    反射镜方向的蒙特卡洛公差 d|6*1hby  
    /)y~%0  
     对于公差,在随机模式下我们使用参数运行特性。 +2W#= G  
    F1|4([-<]  
     这意味着参数变化是的正态 JUU0Tx:`9)  
    -D.6@@%Kc}  
    z/rN+ ,  
       m.EWYO0XQ  
     对于这个例子,假设每个反射镜都有±0.1°的角度偏差(绝对的方向)。 由于这个偏差,整形光束的波前差明显增加。 XUUS N  
    这意味着,波前对对齐误差很敏感。 Q.6pmaXrb  
    f+$/gz  
    R_ 4600  
    Mk[_yqoCO  
    file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run .6OE8w 1  
    O*yc8fUI  
    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) WFN5&7$W  
    n2Ycq&O  
    XX}RbE#4  
    -F|(Y1OE  
    由于波前差和因此校准的偏差更大,M2值明显增加。可以使用高斯孔径来减少。 6z=:x+m  
    I%*o7"  
    总结 lcIX l&  
    Fz)z&WT  
    实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 4U>  
    1.模拟 uu=e~K  
    通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 %qfEFhRC  
    2.研究 |n~,$  
    为了计算场分布和评价光束参数,应用几何场追迹+(GFT+)引擎。 G*Z4~-E4*  
    3.优化 {n%F^ky+7  
    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。 ]rHdG^0uss  
    4.分析 cKK 1$x  
    通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 pU`Q[HOs  
    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。 )+mbR_@,O6  
    UTmX"Li  
    参考文献 uj;-HN)6  
    [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). o $p*C  
    "o}3i!2Qr  
    进一步阅读 (D{9~^EO>a  
    7ktf =Y  
    进一步阅读 `Nu3s<O7CF  
     获得入门视频 ,uE WnZ"4  
    - 介绍光路图 }3^t,>I=,6  
    - 介绍参数运行 C8@SuJ  
     关于案例的文档 Eh0R0;l5>  
    - BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens i+T$&$b  
    - BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens (K>5DU  
    - BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing {o5E#<)  
    - BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair
     
    分享到
    离线槐花村人
    发帖
    1886
    光币
    14440
    光券
    0
    只看该作者 1楼 发表于: 2016-11-13
    学习一下。
    离线chenxiaohjk
    发帖
    36
    光币
    1
    光券
    0
    只看该作者 2楼 发表于: 2016-11-18
    非常有用,谢谢!
    发帖
    7
    光币
    1
    光券
    0
    只看该作者 3楼 发表于: 2017-11-14
    很棒 学习一下!
    发帖
    8
    光币
    3
    光券
    0
    只看该作者 4楼 发表于: 2018-01-30
    讲的很详细
    在线jsdyf
    发帖
    481
    光币
    11519
    光券
    0
    只看该作者 5楼 发表于: 2018-09-13
    学习了