[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） cIIt ;q[  
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 .M$}.v  
0B;cQSH!q  
+.RC{o,  
简述案例 1`X- O>  
SB3=5"q  
系统详情 tKik)ei  
 光源 >nnjLrI  
- 强象散VIS激光二极管 P(Fd|).j$  
 元件 +&p}iZp  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） Q.8)_w  
- 具有高斯振幅调制的光阑 EpO5_T_  
 探测器 P=j89-e  
- 光线可视化（3D显示） j+_pF<$f:  
- 波前差探测 _Wjd`*  
- 场分布和相位计算 F9|\(St &  
- 光束参数（M2值，发散角） L,XWX8  
 模拟/设计 j9=QOq  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 x\ pC&  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： +gQn,HX  
 分析和优化整形光束质量 >+ZD 6l/  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 ( _{\tgSm  
<Y
(lRM{  
系统说明 G\?q{  
bLfbzkNV\1  
&$vW  
模拟和设计结果 H9^DlIv('  
;'B\l@U\  
数值探测器结果 3xJ_
%AD\'  
K`9ph"(Z  
r#K;@wu2  
!lf:x  
"o*zZ;>^  
总结 }/%(7Ff{  
}wJDHgt]-p  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 f8Xe%"<  
1.模拟 tsFwFB*  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 ml|[xM8  
2.评估 95,{40;X7  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 I.<>6ISI@  
3.优化 ?5%|YsJP_  
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。 zk[%YG&  
4.分析 }<EA)se"  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 0.^9)v*i  
n%Vt r  
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。 
?w}E/(r  
Fn8d;%C  
详述案例 '~^3 =[Z  
w/KCuW<  
系统参数 8q6b3q:c  
fR>(b?C  
案例的内容和目标 T5eXcI0t  
rmCrP(  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 oJF@O:A  
`};8  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 <uugT9By  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 DR`d^aBWQ  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 *3hqz<p4:  
3 ;F=EMz{  
模拟任务：反射光束整形设置 kq[*q-:"x  
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。 g+ik`q(ge  
oEHUb?(p  
(ia
(y(=C  
^/Id!Y7  
N/A.1W  
qY24Y  
规格：像散激光光束 9w -t9X>X  
cS98%@DR  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 V`KXfY  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 &)Fp  
!b"#`O%`  
%Dg]n4f  
*/Oq$3QGsV  
^ ~HV`s  
(hefpqpi  
规格：柱形抛物面反射镜 taXS>*|B  
                         =GpO}t">  
 有抛物面曲率的圆柱镜 nT0FonK>  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 }LNpr  
 曲率半径等于焦距的两倍 Ed3 *fY  
5N(/K.^  
b$P=rIB  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） {]~b^=qE$  
zrjqB3R4@O  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 I U/HYBJH  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） +*3\C!  
 离轴角决定了截切区域 7d?'~}j  
!GcH )  
规格：参数概述（12° x 46°光束） oB:tio4DE  
e2Sudd=' G  
   }O<u  
/>(e.)f  
光束整形装置的光路图 m!s/L,iJJ  
sm-RpZ&|  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 B98&JoS  
 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。 &ZgB
b  
95;q] =U  
反射光束整形系统的3D视图 ~xqRCf{8  
5V\\w~&/  
08&DP^NS  
i{w<4E3  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 yz!j9pJ  
 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）。 Hq h  
N=&~3k  
详述案例 -.:[a3c?  
Vd[[<  
模拟和结果 aDuO!?Cm  
?<\K!dA  
结果：3D系统光线扫描分析 k/W$)b:Of`  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 a_/\.
  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 \3(d$_:b  
;Y#~2eYCz  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd ~WK>+T,%  
s{#ZRmc2B  
使用参数耦合来设置系统 *Z=K9y,IC  
5_b`QO  
自由参数： r# 5))q-  
 反射镜1后y方向的光束半径 x|G#oG)_  
 反射镜2后的光束半径 -crKBy  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） d ! A)H<Zt  
 由于功能原理，所有系统参数（距离，焦距，直径）可以由光束参数分析计算。 @a) x^d  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 %zQME6WELz  
,x}p1EZ  
L)JpMf0  
Fxy-_%a  
k2l(!0o|;  
=NwmhV  
自由参数： vRYQ4B4o  
 反射镜1后y方向的光束半径 4
lH$BIAW  
 反射镜2后的光束半径 K:fK!/  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） 7Xm7{`jH  
 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。 S P)$K=  
g<O*4 ]=  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 {XiBRs e  
e&?o  
N7k<q=r-  
结果：使用GFT+进行光束整形 y% =n
hV  
rxjMCMF  
|&WeXVH E  
{`BC$V  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 B\A2Vm`&  
di}YHMTx  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 :\x53-&hO4  
d9h"Q  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 Gd1%6}<~  
q
lmz@kTb  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： 8;/`uB:zV  
7!.%HhU0  
@$z/=gsy  
o&)O&bNJ  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd lG,/tMy  
'CsD[<  
结果：评估光束参数 aN{C86wx  
kVE% "  
 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。 C#[YDcp4  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。 +lmMBjDa  

/`#sp  
^%wj6  
 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。 #+p30?r0y  
 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） fRC(Yyx  
EU.vw0}u8  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd Z W` Ur>  
zd AqGQfc  
光束质量优化
#=UEx  
|2(z<b&y=  
 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。 2j8^Z  
 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）。 $Z(fPKRN/  
Oi+(`  
结果：光束质量优化 )[Bwr bn  
rXXIpQRi$S  
 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。 /-JBzU$  
epp ;~(xr  
e|u|
b  
).@8+}`  
 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。） J"'2zg1&  
ysD@yM,  

"ut:\%39.  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd J;4x-R$W  
"|w..%Wc  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 w V&{w7  
i|+ EC_^<  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 wP3_RA]z  
=\.Oc+p4  
 这意味着参数变化是的正态 Cr|v3Y#h'  
x;"!  
6r"uDV #0  
   c(Zar&z,E  
 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。 0mo^I==J1  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 YgiwtZ5FY  
xxOo8+kA  
=ZM#_uW  
^G%Bj`%  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run gv$6\1  
o8\@R  
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） IQ[?ej3W  
LcCb[r  
9'F-D  
~8~B VwZ_  
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。 (
x,w/1  
?PORPv#
 
总结 Ai\"w0  
[C d"@!yA  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 'SF+P)Kmz  
1.模拟 ,\Gn  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 ) ?rJKr[`  
2.研究 Vr/UbgucJ  
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;=nQ{0b  
3.优化 f'aQ T  
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。 ;;'b;,/  
4.分析 9i@AOU  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 CBdSgHA3>  
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。 tdg.vYMDPC  
s>z$_  
参考文献 epa)ctS9  
[1]M. Serkan, H. Kirkici, and H. Cetinkaya, “Off-axis mirror based optical system design for circularization, collimation, and expansion of elliptical laser beams”, Appl. Optics 46, No. 22, 5489-5499 (2007). )}L*8 LV  
7
?j$Lwt  
进一步阅读 aVvi_cau  
.CFaBwj  
进一步阅读 v<bq1QG  
 获得入门视频 en>d T  
- 介绍光路图 VpSk.WY/ e  
- 介绍参数运行 q]q(zUtU  
 关于案例的文档 8=ubMqr[  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens T
N3, \qgV  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens )l*H$8  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing SzkF-yRd  
- 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