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關注創建者:匿名 創建時間:2025-12-16

光束整形的實例教程
VirtualLab Fusion:基本工具箱+衍射工具箱
1.建模任務
?這個案例演示了設計一個理想化微結構的光束整形鏡。
?光束整形鏡產生一個任意相位調制(非離散相位級次)。
?反射鏡將高斯激光束整形成一個圓形高帽。
?這個案例將演示計算反射鏡的光學函數。
?在開始此案例之前,我們迫切建議您閱讀案例LBS.001和545。
入射激光光束
?波長:632.8nm
?激光光束直徑(1/e2):2.5mm
?發散角(全角1/e2):≈0.01°
?M2值:1
目標平面上期望強度分布
?直徑(FWHM);3mm
?邊緣寬度(能量從90%衰減到10%):70um
?效率:>90%
?信噪比(SNR):>40dB
2.設計概念
?設計沒有離散相位級的光束整形透過函數。
?第一步:忽略反射鏡并且計算一個衍射光束整形器的透過率函數。
?第二步:由透射光束整形器的光學函數計算反射鏡的光學函數。
展開 案例307.01
這個例子演示了由折射光束整形器會話編輯器來設置光束整形器系統。生產的系統的光學性能可以由VirtualLab Fusion的參數優化得到改善。
1.建模任務
2. 系統設置的會話編輯器
? 應用折射光束整形器會話編輯器輔助搭建標準的光束整形系統。
? 必須指定入射光束,光學設置和輸出場的參數。
? 所有參數的會話編輯器都存儲在該文件中“Scenario_307.01_Refractive_Top_Hat_Beam_Shaper_1.seditor”
(1)設置入射場參數,波長為632.8nm,腰束直徑為8mm
(2)光學設置選擇Fresnel Setup
(3)設置到輸出場的距離為200mm
(4)輸出場整形設置:維度為2D Top Hat,Circular Shape形狀。
(5)設置期望的Top Hat尺寸
(6)評價函數設置
(7)光束整形器孔徑直徑設置(默認情況下自動設置)
(8)選擇整形器材料以及設置中心厚度
(9)確定光束整形器非球面系數級次范圍
點擊Finish,完成設計
3. 由會話編輯器生成系統
會話編輯器生成一個包含高斯波光源,光學界面系列元件的光路圖,來模擬光束整形器和衍射光學價值函數探測器,來分析生成的Top Hat質量。
? 通過一個解析幾何光學方法,會話編輯器計算光束整形表面。
展開 案例307.01
這個例子演示了由折射光束整形器會話編輯器來設置光束整形器系統。生產的系統的光學性能可以由VirtualLab Fusion的參數優化得到改善。
1.建模任務
2. 系統設置的會話編輯器
?應用折射光束整形器會話編輯器輔助搭建標準的光束整形系統。
?必須指定入射光束,光學設置和輸出場的參數。
?所有參數的會話編輯器都存儲在該文件中“Scenario_307.01_Refractive_Top_Hat_Beam_Shaper_1.seditor”
(1)設置入射場參數,波長為632.8nm,腰束直徑為8mm
(2)光學設置選擇Fresnel Setup
(3)設置到輸出場的距離為200mm
(4)輸出場整形設置:維度為2D Top Hat,Circular Shape形狀。
(5)設置期望的Top Hat尺寸
(6)評價函數設置
(7)光束整形器孔徑直徑設置(默認情況下自動設置)
(8)選擇整形器材料以及設置中心厚度
(9)確定光束整形器非球面系數級次范圍
點擊Finish,完成設計
3. 由會話編輯器生成系統
會話編輯器生成一個包含高斯波光源,光學界面系列元件的光路圖,來模擬光束整形器和衍射光學價值函數探測器,來分析生成的Top Hat質量。
?通過一個解析幾何光學方法,會話編輯器計算光束整形表面。
展開 VirtualLab Fusion:基本工具箱+衍射工具箱
1.建模任務
? 這個案例演示了設計一個理想化微結構的光束整形鏡。
? 光束整形鏡產生一個任意相位調制(非離散相位級次)。
? 反射鏡將高斯激光束整形成一個圓形高帽。
? 這個案例將演示計算反射鏡的光學函數。
? 在開始此案例之前,我們迫切建議您閱讀案例LBS.001和545。
入射激光光束
? 波長:632.8nm
? 激光光束直徑(1/e2):2.5mm
? 發散角(全角1/e2):≈0.01°
? M2值:1
目標平面上期望強度分布
? 直徑(FWHM);3mm
? 邊緣寬度(能量從90%衰減到10%):70um
? 效率:>90%
? 信噪比(SNR):>40dB
2.設計概念
? 設計沒有離散相位級的光束整形透過函數。
? 第一步:忽略反射鏡并且計算一個衍射光束整形器的透過率函數。
? 第二步:由透射光束整形器的光學函數計算反射鏡的光學函數。
第一步
優化一個衍射光束整形器的透過率函數
1.
展開 案例307.01
這個例子演示了由折射光束整形器會話編輯器來設置光束整形器系統。生產的系統的光學性能可以由VirtualLab Fusion的參數優化得到改善。
1.建模任務
2. 系統設置的會話編輯器
? 應用折射光束整形器會話編輯器輔助搭建標準的光束整形系統。
? 必須指定入射光束,光學設置和輸出場的參數。
? 所有參數的會話編輯器都存儲在該文件中“Scenario_307.01_Refractive_Top_Hat_Beam_Shaper_1.seditor”
(1)設置入射場參數,波長為632.8nm,腰束直徑為8mm
(2)光學設置選擇Fresnel Setup
(3)設置到輸出場的距離為200mm
(4)輸出場整形設置:維度為2D Top Hat,Circular Shape形狀。
(5)設置期望的Top Hat尺寸
(6)評價函數設置
(7)光束整形器孔徑直徑設置(默認情況下自動設置)
(8)選擇整形器材料以及設置中心厚度
(9)確定光束整形器非球面系數級次范圍
點擊Finish,完成設計
3. 由會話編輯器生成系統
會話編輯器生成一個包含高斯波光源,光學界面系列元件的光路圖,來模擬光束整形器和衍射光學價值函數探測器,來分析生成的Top Hat質量。
? 通過一個解析幾何光學方法,會話編輯器計算光束整形表面。
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03/光學原理與系統構成
菲林式投影燈核心原理為:光源發出的光束經聚光系統整形為均勻平行光,均勻照射至承載圖案的菲林片,光線透過菲林片圖案區域后,由成像鏡頭組放大投射至目標平面,形成清晰影像。
系統主要分為三大核心模塊:
聚光系統:由多片透鏡組成,負責將 LED 光源的發散光高效匯聚并勻化,減少光能量損耗,確保菲林片受光均勻。
衍射分束器的仿真
衍射光束整形器
衍射光束整形器會改變具有高斯強度分布的激光光束的相位分布和強度,也就是說,光束的亮度在中心最強,向邊緣平滑遞減,呈現出曲線分布。衍射光束整形器可調控輸入光束的特性,以改變輸出光束的形狀。輸出光束通常為環形或矩形,但也可以獲得其他光束幾何結構輪廓。衍射光束整形器可用于光刻、全息照明、光學傳感器、生物醫學應用和激光材料加工等領域。
如果你把這個案例吃透了,后面不管你做的是二維點陣、平頂光斑、特殊圖形投影,還是更復雜的光束整形,基本邏輯都是通的。
圖1. 532nm激光3×3分束DOE建模任務
第二步,把相位圖導進來。
因此,工程漫射體同時保留了隨機與確定性漫射體的優點,從而實現高性能的光束整形功能。
Zemax作為應用廣泛的光學系統設計與仿真平臺,憑借其強大的建模能力、準確的仿真算法和全流程優化工具,成為光束整形系統研發的核心驅動力。本文結合現有學術研究成果,解析Zemax在靜態與動態光束整形技術中的應用價值。
光束整形技術
激光器輸出的高斯光束呈中心強、邊緣弱的鐘形分布,能量利用率低的短板嚴重制約其在高端應用中的表現。
自由曲面光學的一些關鍵應用包括:
抬頭顯示器(HUD)
望遠鏡
成像系統
光束整形和照明應用
汽車前照燈
紅外透鏡
AR/VR頭戴式顯示設備
衍射光學
像差波前
雖然自由曲面光學設計有時是為了優化和改善光學系統的現狀,但如果沒有自由曲面,許多應用將不具備商業可行性。
例如,衛星上使用的望遠鏡需要多個反射鏡來引導光線。
本文檔介紹了VirtualLabFusion軟件的基礎理論、安裝配置、快速入門及多種應用場景,包括光學成像系統分析、激光系統建模、光學測量、光束整形等。 適合初學者快速上手,并為專業用戶提供深入的技術細節。
軸錐鏡和透鏡將光束轉化為中空的瓶束
建模任務:
軸錐鏡和透鏡構成的系統可以將高斯光束整形為環形光束,并且可以生成三維的瓶底光束。這一期將通過對這個系統的建模帶領大家了解VirtualLab Fusion的參數掃描功能和動圖的生成過程。
軸錐鏡的傳輸函數為exp(-i2π/λrα),其中λ為波長,α是徑向調控因子。透鏡的傳輸函數則是exp(-i2π/λr^2/f/2),f為焦距。
建模任務
光線分束器件在光譜學、干涉測量學和光通信領域的許多應用中發揮著至關重要的作用。一種常見的分束器是基于受抑全內反射(FTIR)的效果,因此由兩個玻璃棱鏡組成,并被一層非常薄的層隔開。如果該層足夠薄,由于倏逝波隧穿到另一側,一部分光將透射通過邊界,而其余部分將會被反射。
立方體光束整形器上的全內反射(FTIR)
本用例演示了一種基于受抑全內反射(FTIR)的真實分束器,并研究了間隙厚度對反射和透射效率的影響。