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xunjigd 2016-11-13 21:47

VirtualLab运用:反射光束整形系统

光束传输系统(BDS.0005 v1.0) qmID-t"  
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 tQ[]Rc  
G1p'p&x.  
to51hjV  
简述案例 [DhEh@  
P'F~\**5  
系统详情 "ZqEP R)  
 光源 a7 =YG6[  
- 强象散VIS激光二极管 yU!GS-  
 元件 dq2@6xd  
- 光束准直和整形的反射元件(例如圆柱抛物面镜) (GNEYf|  
- 具有高斯振幅调制的光阑 _<2 RYXBC  
 探测器 vG3M5G  
- 光线可视化(3D显示) g@(4ujOT  
- 波前差探测 %HVD^. V  
- 场分布和相位计算 sL8>GtVo  
- 光束参数(M2值,发散角) l_b_-p  
 模拟/设计 h[,XemwX  
- 光线追迹(Ray Tracing:):基本系统预览和波前差计算 {s9<ej~<R  
- 几何场追迹+和经典场追迹(Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing): <b'1#Pd>0  
 分析和优化整形光束质量 FR(QFt!g  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 ]f5c\\)  
u ]SZ{[ e  
系统说明 {yU0D*#6  
W W35&mI)k  
g<a<{|  
模拟和设计结果 D=JlA~tS>  
;da4\bppt  
LGXZx}4@;  
场(强度)分布                                   优化后
数值探测器结果 I<KCt2:X  
hWm0$v 1p  
?F25D2[(  
N:7.:Yw  
Yq{jEatY{/  
总结 p_;r%o=  
IOS^|2:,  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 ;8uHRcdQ  
1.模拟 &AJUY()8  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 m'c#uU  
2.评估 ~\3l!zIq  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 wZ O@J|  
3.优化 N|o> %)R  
利用一个具有高斯形状孔径函数的光阑和经典场追迹引擎来优化M2参数。 Z"]xdOre  
4.分析 *iYMX[$  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 C&e8a9*,(a  
8ZFH}v@V1'  
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。 X4Lsvvz%@  
*s~i 2}  
详述案例 PQi }Evxa  
9V.+U7\w  
系统参数 E~}[+X@  
_E&U?>g+  
案例的内容和目标 VYHOk3  
fs7~NY  
在BDS.0001,BDS.0002,BDS.0003和BDS.0004案例中,研究了折射光束传输系统。 k,A M]H  
^^7gDgT  
A_aO }oBX  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 @\+%GDv  
 之后,研究并优化整形光束的质量。 RZ<.\N (M  
 另外,探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 \_?yzgf  
mqubXS;J|P  
模拟任务:反射光束整形设置 Kjv2J;Xuh  
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。 @PKAz&0  
a!&bc8J7  
80dSQ"y  
z"9aAytd  
=%xIjxYl  
dWMccn;-m  
规格:像散激光光束 LMt0'Ml9  
C"(_mW{@  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 3Sk5I%  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 n&(3o6i'  
8 qn{  
)7tV*=?Ic8  
cl ?< 7  
* q+oeAYX  
K6ciqwUO  
规格:柱形抛物面反射镜  PE^eP}O1  
                         $3lt{ %  
 有抛物面曲率的圆柱镜 !,I7 ?O  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 xP XoJN  
 曲率半径等于焦距的两倍 CZF^Wxk  
}#1U D  
d~w}NK[(  
规格:离轴抛物面圆柱镜(楔型) w{RNv%hJ$=  
8moUK3w  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 =`rppO  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜(楔型) *sjj"^'=  
 离轴角决定了截切区域 MiRibHXI,  
B>ms`|q=l  
  
规格:参数概述(12° x 46°光束) 8}Fw%;Cb  
!IfI-Q  
   9yO{JgKA  
3csm`JVK  
光束整形装置的光路图 -bv>iIC  
c(QG4.)m  
oH!$eAU?  
 由于VirtualLab的相对坐标系统,则仅需设置z方向的距离。 l~`txe  
 因为离轴抛物面镜的位置是相对于它的焦点,那么到反射镜2的距离z必须是负的。 ZD$-V 3e`  
VFQq`!*i  
反射光束整形系统的3D视图 p7%0hLW  
6 Xzk;p  
SD)5?{6<  
F<6KaZ|  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 ;D%$Eh&oma  
 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)。 ?j &V:kF  
@m*&c*r  
详述案例 e-L5=B  
M!;`(_2  
模拟和结果 vo:52tCk}m  
Ukk-(gjX  
结果:3D系统光线扫描分析 )$2%&9b  
 首先,应用光线追迹研究光通过光学系统。 `I]1l MJ)o  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 ?$>u!V<'  
MAm1w'ol"  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd ?^+#pcX]t|  
d A_S"Zc  
使用参数耦合来设置系统 jhjW* F<u  
clPZd  
自由参数: gJ)h9e*m^  
 反射镜1后y方向的光束半径 MEdIw#P.}{  
 反射镜2后的光束半径 pfJVE  
 视场角,这决定了离轴取向(这些值保存为全局变量) 3B!&ow<rt  
 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。 J4Q)`Y\~  
 对于此计算,应用了嵌入的参数耦合功能。 *IMF4 x5M  
Zi[{\7a  
qaCi)f!Dl  
|!jYv'%  
ZNL;8sI?>  
0-;DN:>  
自由参数: O+{pF.P#V  
 反射镜1后y方向的光束半径 ]yj4~_&O  
 反射镜2后的光束半径 }`+^|1  
 视场角,这决定了离轴取向(这些值保存为全局变量) Cu)%s  
 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。 [9YlLL@  
dw{#||  
 如果这个例子评估20个参数,那么返回到光路图(LPD)。 D@sx`H(  
34++Rr [G  
cpr{b8Xb8&  
结果:使用GFT+进行光束整形 ,J`lr U0  
qH {8n`  
82Z[eo  
_.Z&<.lJ  
 现在,利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 _Vk,&'  
T}b( M*E  
 由于离轴设置,光线分布显示出轻微的不对称形状。 Hb@G*L$  
eaYkYuS/  
 不过,场分布几乎是对称的(最好是使用伪色(false colors))。 ZH`K%h0  
lD;,I^Lt6  
 产生的相位是完全平坦的,产生的波前误差: x[.z"$T@  
buC m @@o  
1O'*X  
.JD4gF2N  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd E{+c*sz  
`DWi4y7  
结果:评估光束参数 yuy+}]uB@  
**w*hd]  
 从生成的整形光束场分布,可以评估光束参数。 可以直接通过使用探测器界面实现。 cc2oFn  
 在这个例子中,我们对光束半径,发散角和M2值感兴趣。 ?-.Ep0/  
3wa<,^kqy  
C9z~)aL}7  
 整形光束在x和y方向上显示了一个几乎相同的半径。 发散角大约是4urad。 *k@0:a(>  
 M2值明显高于1。(与理想高斯光束相比,高M2值是由光束偏离引起的) -UD~>s  
m|e*Jc  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd 28UL  
"[".3V  
光束质量优化 Fy(nu-W  
[-:<z?(n4  
 通常,使用合适的高斯调制光阑以用于优化M2值。 因此,我们使用测量的半径作为腰束半径(消除发散角)来生成一个高斯光束。 iuU3*yyn  
 之后,将接收场转换成一个透射函数。 将该传输函数用作光阑(在一个透射函数元件中)。
hklO:,`  
ffoo^1}1  
结果:光束质量优化 >m_ p\$_  
[WO%rO^p  
 由于通过高斯孔径传播,光束显示出理想高斯形状。 因此,M2值在两个方向上几乎都是1。 t\|K"  
Z 9 q{r s  
"e7$q&R |  
Edn$0D68u_  
 然而,光束半径是略有减少。(光束半径显示在最后一张幻灯片是由于其偏离了理想高斯。) bh;b` 5  
eM1;Nl  
c^[1]'y  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd 5(MZ%-~l  
{,-5k.P[  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 !>kv.`|7~  
,0<F3h  
 对于公差,在随机模式下我们使用参数运行特性。 :86luLFm  
VqO<+~M,E  
 这意味着参数变化是的正态 <cfH '~  
j2{,1hj  
}^ Ua  
   e=F( Zf+1^  
 对于这个例子,假设每个反射镜都有±0.1°的角度偏差(绝对的方向)。 由于这个偏差,整形光束的波前差明显增加。 J:-TINeB  
这意味着,波前对对齐误差很敏感。 E_gDwWot  
RzY`^A6G6  
7^t(RNq  
z:Zn.e*$b  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run 7s fuju(  
L};;o+5uJD  
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) U37?P7i's  
#+ lq7HJ1  
<1 1Tqb  
,, H$>r_;  
由于波前差和因此校准的偏差更大,M2值明显增加。可以使用高斯孔径来减少。 T~~$=vP9  
vhquHy.qi#  
总结 k\thEEVP0*  
uA/.4 b  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 7%"\DLA  
1.模拟 Nj@?}`C 4  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 qxcBj  
2.研究 [?f.0q  
为了计算场分布和评价光束参数,应用几何场追迹+(GFT+)引擎。 D15u1A  
3.优化 0*:hm%g  
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。 (7jB_ p%  
4.分析 (R*jt,x  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 aaD$'Y,<>B  
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。 =UKR<@QrK  
$Ex 9  
参考文献 RWPd S  
[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). _Il9s#NA%  
d|?(c~  
进一步阅读 B[_bJ *  
8 W<)c  
进一步阅读 2=,Sz1`t  
 获得入门视频 M^JZ]W(  
- 介绍光路图 2"Uk}Yz|  
- 介绍参数运行 ZM^;%(  
 关于案例的文档 ^FMa8;'o  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens 6p6Tse]  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens &MQt2aL  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing e%c5 OZ3~  
- BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair
槐花村人 2016-11-13 22:38
学习一下。
chenxiaohjk 2016-11-18 11:45
非常有用,谢谢!
哥斯拉大脚掌 2017-11-14 10:37
很棒 学习一下!
changying10010 2018-01-30 11:41
讲的很详细
jsdyf 2018-09-13 13:39
学习了
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