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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) Ek0zFnb[Gx  
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 Zd2B4~V  
gBF2.{"^  
\S]"nHX  
简述案例 B@v\tpR  
.X D.'S  
系统详情 HnDz4eD  
 光源 xY3 KKje  
- 强象散VIS激光二极管 ZGstD2 N$  
 元件 PS" ,  
- 光束准直和整形的反射元件(例如圆柱抛物面镜) ){XaO;k<]  
- 具有高斯振幅调制的光阑 [M:ag_rm+f  
 探测器 4G:?U6  
- 光线可视化(3D显示) jFa{h!  
- 波前差探测 !,;>)R   
- 场分布和相位计算 X(sN+7DOV  
- 光束参数(M2值,发散角) 4 _*^~w  
 模拟/设计 'p%\fb6`  
- 光线追迹(Ray Tracing:):基本系统预览和波前差计算 +[ +4h}?  
- 几何场追迹+和经典场追迹(Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing): XI4le=^EM  
 分析和优化整形光束质量 =5 a|'O  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 DEdJH4  
3#=%2\  
系统说明 lT`y=qR|  
15o<'4|=Lm  
1@xmzTC  
模拟和设计结果 {8!\aYI  
tWBfIHiha  
,Z2fVz~9  
场(强度)分布                                   优化后
数值探测器结果 t`b!3U>I  
5Op|="W.  
:\]TAQd-  
=jz*|e|V  
({"jL*S,q  
总结 gpIq4Q<  
EWI2qaSnO  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 EWcqMD]4u  
1.模拟 4,nUCT  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 2H h5gD|>  
2.评估 7GY3 _`  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 ?+Q?K30:  
3.优化 n54}WGo>9  
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。 OA_WjTwDs  
4.分析 ?h7,q*rxk  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 nfL-E:n=  
5<Lal^c D  
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。 4[& L<D6h  
E41ay:duAl  
详述案例 ( 04clU^F  
_m;H$N~I#  
系统参数 lk<}`#(g  
G_5uO58  
案例的内容和目标 C(4r>TNm  
^ UB*Q  
在BDS.0001,BDS.0002,BDS.0003和BDS.0004案例中,研究了折射光束传输系统。 5a0&LNm  
##_`)/t,  
<WWn1k_  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 V2v}F=  
 之后,研究并优化整形光束的质量。 \dB)G<_  
 另外,探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 >[$j(k^  
{.,-lFb\  
模拟任务:反射光束整形设置 ./Y5Vk#Rp\  
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。 Cyn_UE  
['`Vg=O.{  
acPX2B[jJ  
AA&5wDMV>  
=!V-V}KK-  
E1"H( m&6  
规格:像散激光光束 t'7A-K=k3  
F\)?Ntj)>@  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 $G,#nh2 oD  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 nQHQVcDs8  
*(w#*,lv  
bvR0?xn q  
0q !  
WxgA{q7:  
UA%tI2  
规格:柱形抛物面反射镜 oMw#ROsvC  
                         JX $vz*KF  
 有抛物面曲率的圆柱镜 20NotCM  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 $K'A_G^  
 曲率半径等于焦距的两倍 vz87]InI  
#_U[ T  
 1OwVb  
规格:离轴抛物面圆柱镜(楔型) ws_/F  
gf]k@-)  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 J+]W*?m  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜(楔型) $+%eLx*  
 离轴角决定了截切区域 i*3*)ly  
+~Lt;xNFk  
  
规格:参数概述(12° x 46°光束) Vs:x3)m5j  
UpoTXA D}k  
   "m'roU  
SI~MTUqt  
光束整形装置的光路图 =Felo8+   
bS2)L4MQY  
$z":E(oy  
 由于VirtualLab的相对坐标系统,则仅需设置z方向的距离。 3<:m;F*#  
 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。 ww^!|VVa  
{0?]weN*  
反射光束整形系统的3D视图 NZaMF.  
wq6.:8Or-]  
%s(Ri6R&  
{i!@C(M3  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 kbR!iPM-;  
 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)。 |GqKa  
VW%eB  
详述案例 RY\[[eG  
V39`J*fI  
模拟和结果 6.0/asN}  
A2xfNY<  
结果:3D系统光线扫描分析 4!,`|W1  
 首先,应用光线追迹研究光通过光学系统。 IFd2r;W8  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 .~L^h/)Gjy  
\5ZDP3I  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd +Vsd%AnN"l  
&nXa /XIZ_  
使用参数耦合来设置系统 u,f$cR  
A]WR-0Z7  
自由参数: u&7c2|Q  
 反射镜1后y方向的光束半径 _go1gf7  
 反射镜2后的光束半径 {B d 0  
 视场角,这决定了离轴取向(这些值保存为全局变量) 9[7Gxmf  
 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。 hOTqbd}  
 对于此计算,应用了嵌入的参数耦合功能。 {rE]y C^  
_=s{,t &u  
fg8"fbG`:  
g~Hmka_fD1  
`& rt>Bk /  
|mO4+:-~D+  
自由参数: x 8v2mnk  
 反射镜1后y方向的光束半径 qyl9#C(a  
 反射镜2后的光束半径 9bVPMq7}i  
 视场角,这决定了离轴取向(这些值保存为全局变量) v_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。 Hb :@]!r>  
`dpm{s n  
 如果这个例子评估20个参数,那么返回到光路图(LPD)。 "7RnT3  
N%K%0o-  
tc2e)WZP  
结果:使用GFT+进行光束整形 dEuts*@ Q  
q/N1q&  
)vcyoq  
hCX_^%  
 现在,利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 A['0~tOP  
}1)tALA  
 由于离轴设置,光线分布显示出轻微的不对称形状。 $^XCI%DH  
ra[*E4P9L*  
 不过,场分布几乎是对称的(最好是使用伪色(false colors))。 }wkZ\q[  
XzH"dDAVE  
 产生的相位是完全平坦的,产生的波前误差: kTQvMa-X9D  
 t R(Nko  
u+ ?Wm40E  
v[UrOT:  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd 2 &+Nr+P  
$Z2Y%z6y  
结果:评估光束参数 S~+er{,ht4  
X":T>)J-  
 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。 q0a8=o"|  
 在这个例子中,我们对光束半径,发散角和M2值感兴趣。 $QB~ x{v@n  
o8A1cb4<T  
Qv`Lc]'  
 整形光束在x和y方向上显示了一个几乎相同的半径。 发散角大约是4urad。 0zC mU)ng  
 M2值明显高于1。(与理想高斯光束相比,高M2值是由光束偏离引起的) ^zs]cFN#%  
6bXP{,}Gp  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd bWe_<'N  
Q Jnji  
光束质量优化 f'>270pH  
Pgp`g.$<  
 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。 *sPG,6>  
 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)。
 \W',g[Y:  
gq+|Hr  
结果:光束质量优化 0:SR29(p1  
i4XE26B;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。 \j$q';9p  
s?g`ufF.t  
VYj*LiR  
`BA,_N|6  
 然而,光束半径是略有减少。(光束半径显示在最后一张幻灯片是由于其偏离了理想高斯。) Q-qM"8I  
JO^E x1c  
km(Mv  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd G+$A|'<`z  
R;{y]1u  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 IB sQaxt.  
e/{1u$  
 对于公差,在随机模式下我们使用参数运行特性。 n:#gKR-J  
;Wws;.~  
 这意味着参数变化是的正态 E6f{z9y6  
WN+D}z]  
:4(.S<fH)-  
   Gd]!D~[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。 Y9K$6lz  
这意味着,波前对对齐误差很敏感。 Z|h&Zd1z  
\en}8r9cy  
:*`5|'G}  
M2.Pf s  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run wy1xZQ<5  
f'2Ufd|J|  
第一个随机公差的典型强度分布:(相应的均方根波前差:1.08λ,40.4λ,140λ) X9YYUnR2  
x<S?"  
c~0hu*&  
!}TZmwf'  
由于波前差和因此校准的偏差更大,M2值明显增加。可以使用高斯孔径来减少。 O'OVj  
*_aeK~du.  
总结 eVVm"96Q.;  
"/O`#Do/  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 etPb^&#$  
1.模拟 '|9fDzW"]  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 ,xJ1\_GI`  
2.研究 PS13h_j  
为了计算场分布和评价光束参数,应用几何场追迹+(GFT+)引擎。 OjUZ-_J  
3.优化 u$"dL=s!  
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。 has \W\(  
4.分析 C XZO  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 5c W2  
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。 G/w&yd4  
POl[]ni=>  
参考文献 QNk\y@yKw  
[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). 8l, R|$RKP  
"8'aZ.P  
进一步阅读 }qa8o  
RO]Vn]qb  
进一步阅读 2}ttC m  
 获得入门视频 xw)$).yc  
- 介绍光路图 5$(qnOi  
- 介绍参数运行 C_&-2Z  
 关于案例的文档 >sUavvJ~x  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens # -0}r  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens G<S(P@ss  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing S:*.,zC  
- 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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