[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） qKs"L^b  
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 Iv?1XI=  
b6'ZVB  
NFI~vkk'G  
简述案例 x6Q_+!mnk  
F/"lJ/I  
系统详情 G_xql_QR  
 光源 Rd|^C$6  
- 强象散VIS激光二极管 bs)Ro/7}  
 元件 ^j<2s"S  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） m [BV{25  
- 具有高斯振幅调制的光阑 P,k=u$  
 探测器 ZC)m&V1  
- 光线可视化（3D显示） |Rb8/WX  
- 波前差探测 zvT8r(<n}  
- 场分布和相位计算 )~#3A@  
- 光束参数（M2值，发散角） }1NNXxQ  
 模拟/设计 R%Xz3Z&|  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 o>I,$=  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： N^jr  
 分析和优化整形光束质量 c\rP"y|S};  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 EH]qYF.  

&& WEBQ  
系统说明 b>nwX9Y/U  
@y,>cDg  
P} Y .  
模拟和设计结果 ZJHaY09N  
K%;=i2:  
数值探测器结果 A9LVS&52  
[2z >8SL  
hdYd2 j  
SI7r`'7A'  
\sS0@gnDI  
总结 'w_Qs~6~{  
#X0Y8:vj  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 OOzXA%<%c  
1.模拟 D~ 7W  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 =an0PN  
2.评估 u3IhB8'  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 _Pn 1n  
3.优化 7~
VDk5Z6  
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。 M/YS%1  
4.分析 Kae-Y  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 i.e4<|{  
.v['INK9  
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。 fj[Kbo 7!h  
L!~ap  
详述案例 iXqRX';F'}  
S4 s#EDs  
系统参数 ~g*5."-i  
k!d<2Qp W  
案例的内容和目标 i~rb-~o  
p+${_w>pl{  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 gN[^ ,u  
>*$Xbj*  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 }w{E<C(M  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 .L.9e#?3  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 lF\2a&YRbn  
G}@a]EGm  
模拟任务：反射光束整形设置 TpxAp',#7  
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。 J{$c|  
6u{%jSA>D\  
Ka$lNL3<j  
NdC5w-WY  
bl#6B.*=  

)QI#szv6  
规格：像散激光光束 mBQpf/PG  
]^<\a=U  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 V9wL3*  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 T2|os{U  
i\=I` Yn+  
x|g2H.n  
o 9d|XY_  
`)TgGny01  
g-cg3Vso  
规格：柱形抛物面反射镜 [<nd+3
E  
                         xsU3c0wbr8  
 有抛物面曲率的圆柱镜 ~w}=Oby'y  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 mv(/M t  
 曲率半径等于焦距的两倍 w^}*<q\  
dcfwUjp[  
*pyC<4W  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） tMyMA}`  
(t,mtdD#1  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 LVdtI  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） G^#?~  
 离轴角决定了截切区域 8tzL.P^  
{a(<E8-^  
规格：参数概述（12° x 46°光束） }Ggn2 X  
Is9.A_0h  
   8#HQ05q>  
M%s!qC+  
光束整形装置的光路图 Z 4c^6v  
,Bj]j -\Y  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 $paE6X^  
 因为离轴抛物面镜的位置是相对于它的焦点，那么到反射镜2的距离z必须是负的。 qos/pm$
&i  
Fzz9BEw(i  
反射光束整形系统的3D视图 V(Oi!(H;v  
Omph(
  
c)c_Qv  
ScRK1  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 ?F~0\T,7  
 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）。 {ea*dX872:  
(@S9>z4s  
详述案例 m;PTO$--  
IG~Zxn1o  
模拟和结果 1;vwreJ  
S5~(3I )v  
结果：3D系统光线扫描分析 C}\kp0mz  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 Yx](3w ID  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 eQIS`T  
[5Zi\'~UH)  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd kqGydGh*"  
0\+$j5;  
使用参数耦合来设置系统 4x.I"eW~&  
In*0.   
自由参数： Ad4-aWH  
 反射镜1后y方向的光束半径 7>-99o^W
 
 反射镜2后的光束半径 @Y#TWt#  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量）
,,-j5Y  
 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。 m*v@L4t(1  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 2SKtdiY  
o@YEd
d  
},#AlShZu  
>uE<-klv  
Ah
zV?6e  
\p)eY#A  
自由参数： 5,R<9FjW  
 反射镜1后y方向的光束半径 <g, 21(bc  
 反射镜2后的光束半径 _HkQv6fXpE  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） |xpOU*k  
 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。 vb`:  
qnO/4\qq  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 .C1g Dry]  
#c-Jo[%G  
KC54=Rf  
结果：使用GFT+进行光束整形 N]G`]  
oM,UQ!x<  
,|w,  
Nl{on"il  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 &]c7<=`K"  
+@<@x4yt  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 r1sA^2g.  
"rw'mogRL  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 oB+@05m8  
`U{#;  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： >9[wjB2?}  
E,[v%Xw  
$ccCI \  
Bhe0z|&  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd s_6Iz^]I  
) 3I|6iS  
结果：评估光束参数 M,SIs 3  
 FOqD  
 从生成的整形光束场分布，可以评估光束参数。 可以直接通过使用探测器界面实现。  3;Tsjv}  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。 dz?Ey~;M  
5_SxX@fW%  
]kH8T'  
 整形光束在x和y方向上显示了一个几乎相同的半径。 发散角大约是4urad。 R#/0}+-M  
 M2值明显高于1。（与理想高斯光束相比，高M2值是由光束偏离引起的） 'he&h4fm  
83Fmu/(  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd P2 +^7x?  
/-g%IeF  
光束质量优化 "=0JYh)%_  
gn[h:+H
&  
 通常，使用合适的高斯调制光阑以用于优化M2值。 因此，我们使用测量的半径作为腰束半径（消除发散角）来生成一个高斯光束。 wA6<BujD  
 之后，将接收场转换成一个透射函数。 将该传输函数用作光阑（在一个透射函数元件中）。 #F+b^WTR  
Y+3r{OI  
结果：光束质量优化 i\\,Z L  
&-|(q!jm  
 由于通过高斯孔径传播，光束显示出理想高斯形状。 因此，M2值在两个方向上几乎都是1。 I@q4D1g  
?gS~9jgcd  
1@`mpm#Y  
Fw6x (j"  
 然而，光束半径是略有减少。（光束半径显示在最后一张幻灯片是由于其偏离了理想高斯。） ~93+Oxg  
d'p@[1/  
_?9|,  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd bd`}2vr  
lAx8m't}6  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 h>n<5{zqM  
RaB%N$.9s  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 !:|D[1m  
:UDe\zcd"  
 这意味着参数变化是的正态 Mj:=$}rs^  
m# I  
A<cnIUW  
   y!kM#DC^  
 对于这个例子，假设每个反射镜都有±0.1°的角度偏差（绝对的方向）。 由于这个偏差，整形光束的波前差明显增加。 ~)!vhdBe  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 CSIsi]H  
h?&S*)1  
5i&+.?(Z=  
}U$p[Gi<  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run 8MCSU'uQ  
W sDFui  
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） 9X87"  
qF4pTQf  
6s&%~6J,  
p}k\l dmh{  
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。 (\$=+' hy  
= k>ygD_  
总结 mV'
^4by  
Ec|5'Kz]  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 ~@EBW3>~5  
1.模拟 1EA}
[x  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 2]-xmS>|b  
2.研究 Tg#%5~IX  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 -'::$ {  
3.优化
u[1'Ap  
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。 0D_{LBO6LU  
4.分析 .k:Uj-&  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 h%(0|  
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。 ~bSjZ1`  
gX*i"Y#
 
参考文献 ;p2a .P  
[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). N+0`Jm  
Ke,$3Yx  
进一步阅读 Lw #vHNf6  
Km,:7#aV  
进一步阅读 /km'#f)/  
 获得入门视频 }TAHVcX*p  
- 介绍光路图 X4:SH>U!  
- 介绍参数运行 EXTQ:HSES  
 关于案例的文档 >&2n\HR\  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens [[9XqD]  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens dFVm18  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing @;H1s4OZ  
- 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