[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） Z`b,0[rG[  
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 J5J3%6I  
Kh<v2  
y*Ex5N~JC  
简述案例 9Od Kh\F (  
v~uwQ&AH  
系统详情 lt,x(2  
 光源 ?_<ZCH  
- 强象散VIS激光二极管 D ?,P\cp  
 元件 +/Y)s5@<  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） zK
fb  
- 具有高斯振幅调制的光阑 *WMcE$w/D  
 探测器 ynP^|Ou  
- 光线可视化（3D显示） Qt>yRt  
- 波前差探测 puXJ:yo(  
- 场分布和相位计算 2vj)3%:7#E  
- 光束参数（M2值，发散角） 8{?Oi'-|0  
 模拟/设计 &k1Ez  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 i7 p#%2  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： Zls4@/\Q  
 分析和优化整形光束质量 /jj}.X7yH  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 9QY)<K~a  
gN mp'Lm  
系统说明 hCr7%`  
[gv2fqpP  
OkzfQ hC}  
模拟和设计结果 r T*:1  
:4Q_\'P  
数值探测器结果 NRoi` IIj  
d6hWmZVC  
!(SaE'  
3$HFHUMQsk  
II~D66 bF  
总结 aYPzN<"%  
,qv
z:a  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 b;x^>(It  
1.模拟 d>vGx  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 ~=0zZTG  
2.评估 KbwWrf>  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 %f{
kT<XHu  
3.优化 6x[gg !;85  
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。 ;AG5WPI  
4.分析 JN3Oe5yB2@  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 %X[|7D-  
U8<GD|  
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。 ND21;  
M}%0=VCY7  
详述案例 }GGFJ"  
SrHRpxy  
系统参数 X.T.^}=  
E}1[&  
案例的内容和目标 EzG7RjW  
q~l&EH0  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 IOIGLtB  
TSuHY0.cp  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 Sm,%>  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 z),l&7  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 RqcX_x(p  
:5CwRg  
模拟任务：反射光束整形设置 Yq;
S%.  
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。 k#&y
  
:5"|iRP'  
pV>/"K  
;o8cfD.z  
2V F|T'h  
/- kMzL  
规格：像散激光光束 {}lw%d?A  
<'B`b  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 k92189B9j/  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 dks0  
pK$^@~DE  
0]NsT0M  
W:0@m^r  
!_V*VD  
KN+*_L-  
规格：柱形抛物面反射镜 {d7KJmN  
                         ulVHsWg  
 有抛物面曲率的圆柱镜 IlS{>6  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 E[_Z%zd^  
 曲率半径等于焦距的两倍 \8F$85g  
r*,]=M W  
\ &_ -  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） }b,a*4pN  
l}<s~
ip  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 9 -TFyZYU  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） &|9?B!,`  
 离轴角决定了截切区域 {OQ sGyR?  
];Z_S`JR  
规格：参数概述（12° x 46°光束）
R\X=Vg  
, :kCt=4%  
   QR^pu.k@  
-G*u2i_*  
光束整形装置的光路图 VY![VnHsB  
flmcY7ZV  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 (S(=WG  
 因为离轴抛物面镜的位置是相对于它的焦点，那么到反射镜2的距离z必须是负的。 Uvz9x"0[u  
w|$;$a7)  
反射光束整形系统的3D视图 eL-92]]e  
*!nS4
[d  
3HfT9  
Q>z0?%B  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 5Pv>`E2^  
 绿线表示生成的光轴，由VirtualLab的基础定位方法生成（仅仅设置了距离z和倾角）。 n}._Nb 5  
KXdls(ROP  
详述案例 bg 7b!t1F  
Q0M8}  
模拟和结果 5F0sfX  
K
,^b=_]  
结果：3D系统光线扫描分析 ,,,5pCi\  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 qnT:x{o  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 w#"c5w~  
,rTR |>Z  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd ,',fO?Qv'  
h3JIiwv0!  
使用参数耦合来设置系统 e4?}#6RF  
Lqz}h-Ei  
自由参数： )DoY*'Cl  
 反射镜1后y方向的光束半径 gE8>5_R|  
 反射镜2后的光束半径 242lR0#aY  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） =P2T
&Gb  
 由于功能原理，所有系统参数（距离，焦距，直径）可以由光束参数分析计算。 v'Lckw@G4  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 6i&WF<%D  
zzPgLE55  
g:OVAA  
BeplS  
`cVG_=2  
v|n.AGn  
自由参数： GL (YC-{  
 反射镜1后y方向的光束半径 WRD^S:`BH  
 反射镜2后的光束半径 `)SkA?yKI  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） Q@l3XNH|c  
 基于光束发散角和直径（x和y方向）焦点，可以计算并设置反射镜的直径和距离z。 a:@Eg;aN*O  
EP{y?+E2  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 ,!Ah+x  
4J_18.JHP  
vY.p~3q :)  
结果：使用GFT+进行光束整形 )%UO@4  
jQ`cfE$sV  
q}+9$v  
'm-s8]-W  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 ~9x$tb x-  
]Ub?Wo7F?  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 %Wu3$b  
o3%+FWrVTS  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 H%sbf& gi  
Q%KS$nP9  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： "rkP@ja9n  
6``!DMDt/P  
XB^z' P{-Y  
j>P>MdZtk  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd lgre@M]mg  
o
3%Gc/6%  
结果：评估光束参数 O(wt[AE
A  
+vZ-o{}.jO  
 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。 l$.C40v  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。 _`ot||J  
l"O=xt`m{  
]LNP"vi;  
 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。 /|hKZTZJdN  
 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） -YRF^72+  
-,}f6*  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd lZE x0  
h.G/
HHz  
光束质量优化 qDL9  
K]Ed-Tz8QZ  
 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。 d94Lc-kq^  
 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）。 r@k&1*&  
|P~TZ  
结果：光束质量优化 CA:t](xqQ  
+
*F ;l\R  
 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。 eX$u  
6fQQKM@a|  
)*$'e<?`  
\vojF\  
 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。） :C>slxY  
* UBU?  
8 w^i  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd ?v `0KF  
p\F*Y,4  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 iv:[]o  
dsrzXmE0  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 O`Nzn~),x  
yj"+!g  
 这意味着参数变化是的正态 M>8#is(pV  
'tp+g3V  
beN0?G  
   n$B=Vt,  
 对于这个例子，假设每个反射镜都有±0.1°的角度偏差（绝对的方向）。 由于这个偏差，整形光束的波前差明显增加。 M~p=OM<  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 <.+hV4,3  
ZVk_qA%  
;1K.SDj  
;NBJ@E,  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run #tGW|F  
0
P&rTtU6  
第一个随机公差的典型强度分布：（相应的均方根波前差：1.08λ，40.4λ，140λ） 1i^
!A&  
G-9]z[\#  
qAHQZKk  
UC\CCDV#^  
由于波前差和因此校准的偏差更大，M2值明显增加。可以使用高斯孔径来减少。 .$L'Jt
2X  
QUwSnotgU  
总结 Z^>{bW  
,o*x\jrGw  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 ~bg?V0  
1.模拟 #4DEb<D  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 &0+;E-_  
2.研究 0a ZplE,  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 +t,JCY6  
3.优化 H Y\-sl^  
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。 \Om.pOz  
4.分析 i4JqU\((]  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 I?EtU/AD  
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。 \l"1Io=  
O#sDZ.EL  
参考文献 edx-R-Dc-1  
[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). u @?n3l  
xOt%H\*k"  
进一步阅读 71Q-_Hi  
*[9FPya  
进一步阅读 Q+$+
{g-8  
 获得入门视频 H?m9HBDpn  
- 介绍光路图 L$=6R3GI  
- 介绍参数运行 |B./5 ,nSS  
 关于案例的文档 )!s f@F?  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens "6
[fqW65  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens Oc}4`?oy<O  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing ,73J#  
- 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