[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+bpWA  
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 #<DS-^W!  
i\dd  
O"~CZh,:r}  
简述案例 *h
M5pw  
q,T4- E  
系统详情 |+Cd2[hN  
 光源 9xOTR#B:_V  
- 强象散VIS激光二极管 zuS4N?t`p  
 元件 \49s;\I]  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） ~oz??SX  
- 具有高斯振幅调制的光阑 f~:wI
9  
 探测器 :B~m^5  
- 光线可视化（3D显示） H>
F j  
- 波前差探测 .`jYrW-k  
- 场分布和相位计算 rUg|5EN^)d  
- 光束参数（M2值，发散角） |ZG0E  
 模拟/设计 e=`=7H4P  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 7O,!67+^~  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： ]Jo}F@\g  
 分析和优化整形光束质量 &3 *#h  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 =Q#d0Q  
dy]ZS<Hz8G  
系统说明 @?*; -]#)  
20/P:;  
RT<HiVr`  
模拟和设计结果 0i(c XB  
yof8LWXx  
数值探测器结果 `_SV1|=="8  
:!wl/X ~  
Ey)ey-'\  
~\+Bb8+hpJ  
3F32 /_`  
总结 :,V&P_  
EMzJyGt7  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 nP_)PDTFp  
1.模拟 $f=6>Kn|^]  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 zEt!Pug  
2.评估 VIg6'  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 3)y=}jw  
3.优化 /[A#iTe  
利用一个具有高斯形状孔径函数的光阑和经典场追迹引擎来优化M2参数。 4UHviuOo8  
4.分析 z"-oD*ICw  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 g3f;JB  
<m~{60{  
对于复杂的光束整形装置，特别是离轴系统，可以使用VirtualLab来进行高效的模拟和分析。模拟过程中，根据情况应用不同的模拟引擎。 SqZ .}s  
"s}Oeu[  
详述案例 beB3*o  
_&r19pY  
系统参数 xlH3t&i7  
Ygc|9}  
案例的内容和目标 [I}z\3Z %  
QD-`jV3  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 R6TT1Ka3c  
&+3RsIlW  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 3H|drj:KV  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 8erG](  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 3taGb>15  
i,t!17M:  
模拟任务：反射光束整形设置 ^SK!?M  
引入的反射光束整形装置是基于一个反射镜系统，此系统由两个抛物面圆柱反射镜镜与抛物面截面反射镜组成。焦点距离和镜子的位置取决于输入光束的发散角。 jVh:Bw  
\VWgF)_  
+S WtHj7e  
!E|m'_x*  
BkP4.XRI  
YFDOp*  
规格：像散激光光束 iH~A7e62OZ  
1Vc~Sa  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 USaa#s4'  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 =R"LB}>h}  
@$iZ9x6t  
m&s>Sn+  
P-<1vfThH  
U8-OQ:2.  
UA(4mbz+  
规格：柱形抛物面反射镜 5A<}*T  
                         xGFbh4H=8p  
 有抛物面曲率的圆柱镜 PpH ;p.-!d  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 ,.h@tN<C  
 曲率半径等于焦距的两倍 5{#s<%b.  
T+B8SZw#}!  
/;{L~f=et)  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） 0+u>"7T  
,Xr`tQ<@  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 y0-UO+;  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） H_Xk;fM  
 离轴角决定了截切区域 ^;F5ymb3U  
]
0BX5Z'  
规格：参数概述（12° x 46°光束） |KVVPXtq%C  
b- bvkPN  
   'IT]VRObP  
W;l0GxOxQ  
光束整形装置的光路图 .;qh>Gt  
}"SqB{5e(  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 e ;^}@X  
 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。 ,7k-LAA  
hg#O_4D  
反射光束整形系统的3D视图 e6bh,BwgQq  
><>%;HZ  
|
)C*i  
HVhP |+  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 "RM\<)IF  
 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）。 jVZ<i}h0B  
J#ClQ%  
详述案例 W/b)OlG"2  
Jgg<u#  
模拟和结果 ||.Hv[ ]V*  
4=EA3`l  
结果：3D系统光线扫描分析 ekU%^R<  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 SH#*Lc   
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 H5&._  
Ok|Dh;1_  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd -|f0;Fl  
17,mqXX>  
使用参数耦合来设置系统 3Zl:rYD?  
RgL>0s  
自由参数： K#AexA
  
 反射镜1后y方向的光束半径 u`.)O2)xU  
 反射镜2后的光束半径 k3nvML,bv  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） "
a}fwg9Y  
 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。 vC
`SD]  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 ("r:L<xe&  
^Il*`&+?P  
,G5[?H;ZN  
-u
cgET`  
UV0[S8A  
`'sD(e  
自由参数： 2%6 >)|  
 反射镜1后y方向的光束半径 gzqp=I[%  
 反射镜2后的光束半径 Q;!r
N)  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） -{8K/!  
 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。 XPD1HN!,LT  
EApbaS}Up  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 @SpP"/)JY  
K
1BBCe  

J|DZi2o  
结果：使用GFT+进行光束整形 %>_6&A{K,d  
qk3|fW/-  
9=3DYCk/  
%D8.uGsh  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 Ox&G  [  
t|i<}2  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 1^E5VG1[  
Mqvo j7  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 X(X[v]  
6}e*!,2Xj  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： %lWOW2~R  
*o4a<.hd2  
FVBAB>   
x.wDA3ys  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd Up'#OkTx  

k4dC  
结果：评估光束参数 S\<i`q  
dt,Z^z+"E  
 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。 ^]D1':  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。 |\?u-O3  
RR ^7/-  
'&B4Ccn<V  
 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。 L YF|  
 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） C!Srv7  
L 1!V'Hm{  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd {.jW"0U  
AH5;6Q  
光束质量优化 )"6-7ii7(f  
'!8-/nlv1  
 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。 &0qpgl|  
 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）。 #Gg^QJ*  
A$5
M.  
结果：光束质量优化 Q N#bd~  
2~?E'  
 由于通过高斯孔径传播，光束显示出理想高斯形状。 因此，M2值在两个方向上几乎都是1。 %kV7 <:y  
9Pe$}N  
^PezV5(  
J;8d-R5  
 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。） ;-kDJi  
dp'[I:X  
= a60Xv  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd ektU,Oo  
4,c6VCw3+  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 oq+w2yR  
+jwHYfAK)  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 pC>h"Hy  
1VlU'qY  
 这意味着参数变化是的正态 v#/Gxk9eX  
n*=#jL  
o#,^
7ln  
   8mKp PwG0  
 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。 aW&)3C2-x  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 "^\q{S&q2P  
}0Ns&6)xG  
[A!w  
Dz6xx?  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run /0XMQy  
pLtw|S'4  
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） +)"Rv%.  
 Q}L?o  
/z*Z+OT2  
4F6aPo2  
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。 A+0-pF2D  

wqF?o  
总结 @ gWd  
(;},~( 2B  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 za@/4z  
1.模拟
Y-a   
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 h7UNmwj  
2.研究 HT.*r6Y>g  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 MkPQ@s
o  
3.优化 Jq'8"  
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。 1d<Uwb>  
4.分析 3>aEP5  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 XAU%B-l:  
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。 PU/<7P*  
i9DD)Y<  
参考文献 }Pg}"fb^  
[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). l\*9rs:!  
aLGq<6Ja  
进一步阅读 o6k#neB>=.  
~(QfVpRnV=  
进一步阅读 jRS{7rx%MH  
 获得入门视频 T+F]hv'  
- 介绍光路图 2H)4}5H  
- 介绍参数运行 *(?Wzanh  
 关于案例的文档 +SH{`7r  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens mOsp~|d  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens MxIa,M<  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing (O5Yd 6u  
- 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