激光束整形
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-04
激光束整形的實例教程
SYNOPSYS?光學設計軟件--球面激光束整形器
概述
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激光整形器
檢查能量密度或光通量均勻性的三種方法：
– FLUX
– FLUX像差
– DPROP
設置工作目錄
選擇Dbook工作目錄
參考Donald Dilworth《Lens Design Automatic and quasi-autonomous computational methods and techniques》第15章
激光整形器
激光器的輸出具有高斯強度分布，這是非均勻的，并且對于某些應用，人們希望使其均勻。激光整形器使其均勻。
設計激光整形器有多種方法：
·對于具有球形表面的簡單透鏡，它需要以重新分布光的方式平衡相當大量的球差，降低光束中心的能量密度，同時增加邊緣附近的能量密度，同時保持波前像差在掌握之中。
·使用非球面表面更容易，其中人們可以更好地控制要引入的像差量，并且如果使用衍射光學元件也更容易。
展開 概述
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為什么使用非球面設計激光整形器
激光整形器初始系統
優化模擬退火
FLUX非球面設計的光通量均勻性
TFAN子午光扇分析
DPROP衍射傳播特性
ADEF非球面鏡與最佳擬合球體距離
ADEF最佳擬合球體條紋圖
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參考Donald Dilworth《Lens Design Automatic and quasi-autonomous computational methods and techniques》第16章
為什么使用非球面透鏡
使用全球面透鏡設計激光整形器需要六片透鏡。
使用非球面或衍射元件需要更少的透鏡，因此值 得額外的制造麻煩。
六個球面透鏡是否比兩個非球面鏡更便宜？如果 沒有，那么非球面設計看起來更具吸引力。
展開 該團隊使用的是簡單的光束整形光學元件，理論上在商業化層面上可以實現。
因此，通過利用這種光學系統設計熱梯度，可以通過在構建過程中調制光束形狀來控制特定位置的等軸或柱狀晶粒，研究人員在Concept Laser的設備上進行了對316L不銹鋼粉末的加工。在單軌激光熔化實驗期間使用316L不銹鋼基板。在他們的LPBF測試平臺中，該團隊通過50毫米FL透鏡來控制600 W光纖激光器的光束。
利用LLNL的ALE3D數值模擬軟件工具，研究人員模擬了實際的粒度分布和隨機粒子堆積，然后通過使用激光射線追蹤算法模擬激光與實際粉末床的相互作用。通過混合有限元法解決了三維模型在非結構化網格上的元素和有限體積公式。為了節省計算時間，掃描速度設定為1800mm / s，能量密度為61J / mm 3。
使用LLNL的ALE3D代碼模擬激光模型相互作用，可以研究光束形狀對軌道宏觀和微觀結構的影響。研究人員確定“較低的激光功率下凝固對等軸晶的形成是有利的”，與光束橢圓度無關。當功率和掃描速度上升時，柱狀晶粒的濃度通常增加，這時候可以通過改變光束橢圓率來實現特定位置的微觀結構控制。此外，使用交替光束形狀的完整構建甚至可以實現更復雜的微結構。
研究人員還研究了高斯和橢圓激光強度分布對單軌微觀結構的影響。當激光加熱發生熱傳導模式時，橢圓形強度的光斑比圓形輪廓的光斑在大得多的參數空間上產生等軸或混合等軸柱狀晶粒。這表明晶粒形態可以通過改變光束強度和空間輪廓來定制，同時保持恒定的激光功率和掃描速度。
展開 衍射光學元件光整形
光學軟件VirtualLab可以用來設計和模擬用于激光光束整形的衍射光學元件。衍射光學工具箱使用強大的迭代傅里葉變換算法（IFTA）和參數優化可以用來優化：
? 衍射光學元件
? 衍射光束分束器
? 衍射擴散器
? 衍射和折射光束整形器
? 計算全息（CGH）
? 相位板
? 全息圖
被紅色和綠色激光照射的衍射線擴散器和環擴散器
衍射光學元件可以用包括聚焦透鏡，準直透鏡，光束擴展器和傅立葉透鏡來建模。光學模擬包括：
? 衍射
? 干涉
? 偏振
? 時間和空間相干度
? 強度
? 相位
? 像差
衍射光學元件可以用于各種光學系統來操縱激光，經典的應用包括：
? 材料處理
? 信息顯示
? 測量系統
? 自由空間通訊
? 汽車行業
? 軍事
? 光譜學
衍射光分束器產生的光斑 (由POG, Gera加工)
功能
衍射光學元件在您的激光系統中將會有以下功能：
? 控制衍射和干涉效應
? 客戶自定義激光光束分束后的每束光的功率
? 設計已確定特性的散射板
? 激光光束強度整形
? 使激光系統緊湊
? 產生任意的2D強度分布
? 使用IFTA快速優化成百上千個參數
一個衍射光分束器元件的一個周期的二元高度輪廓
衍射光分束器
衍射光束分束器可以將一束激光分成自定義數目的光束，每束光可以有自定義的功率和角度。光分束器一般和準直透鏡，聚焦透鏡，擴束器以及傅里葉透鏡一起使用。目標平面光束的尺寸一般由透鏡系統控制，而光束的位置和功率由衍射光束分束器控制。
展開 三角孔徑衍射案例分析
簡介
衍射是光學領域的基礎物理效應，非規則孔徑（如三角形孔徑）的衍射特性在光學成像、激光束整形、光場調控等場景中具有重要應用價值。傳統物理實驗需反復調整光源、孔徑與探測設備，成本高且周期長，因此需借助專業光學仿真軟件構建精準模型，高效分析三角孔徑的衍射規律。本案例以高斯光束為研究對象，基于 OAS 光學軟件實現三角孔徑的建模與衍射仿真，目標是獲取遠場衍射圖樣及光強分布數據，為后續光學系統設計提供理論支撐。
案例設置與操作
光源建模
在 OAS 軟件光源模塊中選擇 “高斯光束” 類型，輸入束腰半徑 4.5mm、波長 0.6328μm，設置光束傳播方向沿光軸正方向，同時勾選 “光束質量監控” 選項，確保光源參數與實際實驗條件一致。
孔徑結構構件
首先通過 “自定義曲線” 工具，以光軸中心為原點，輸入三角形三個頂點坐標（如 (0,8mm)、(-7mm,-4mm)、(7mm,-4mm)），生成對稱三角形圖形；隨后創建半孔徑 15mm 的矩形平面（全孔徑 30mm，確保矩形范圍完全覆蓋三角形）；最后調用軟件布爾運算功能，選擇 “矩形平面 - 三角形” 差集運算，去除矩形中三角形以外區域，生成三角孔徑結構，過程中通過實時預覽功能調整頂點坐標，保證孔徑尺寸精度。
仿真結果與分析
使用OAS的衍射仿真功能，基于基爾霍夫衍射理論計算三角孔徑的遠場衍射過程，輸出衍射圖樣與光強分布曲線。結果顯示：遠場衍射圖樣呈中心對稱分布，中央主極大光斑為三角形輪廓，周圍環繞 3 組明暗交替的衍射條紋，條紋間距隨衍射角增大而減小。
光強分布曲線表明，中央主極大強度約為一級旁瓣強度的 12.5 倍，主極大半寬度約 0.78mrad。
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激光束整形的相關專題、標簽、搜索
激光束整形的最新內容
DOI: 10.12086/oee.2022.210367
[3] 楊向通,范薇.利用雙折射透鏡組實現激光束空間整形[J].光學學報,2006,26(11):1698-1704
[4] 龐輝, 應朝福, 范長江, 等. 用于光束整形的衍射光學元件設計的混合算法[J]. 光子學報, 2010, 39（6）: 977-981.
簡介
激光擴束準直系統是激光傳輸、激光加工、激光雷達及天文觀測等領域的核心光學組件，可按指定倍率擴大光束直徑、壓縮發散角，保障長距離傳輸時的高平行度與高能量密度。本案例依托 OAS 光學軟件，完成激光擴束準直系統的全流程建模、仿真、優化與性能驗證，精準量化光束傳播特性、像差水平與準直性能，為工程化設計提供可靠數據支撐與優化方向。
案例設置與操作
模型構建
采用 OAS 軟件序列光線追跡模式
任務描述
Ince-Gaussian模是近軸波動方程的第三個完整的精確和正交解族，與Hermite-Gaussian模和Laguerre-Gaussian模并列。由于高斯模式具有多樣的橫向模式。在本文件中，按照Chu等人[Opt.Express 16，19934-19949（2008）]的步驟，使用
摘要
Ince-Gaussian模是近軸波動方程的第三個完整的精確和正交解族，與Hermite-Gaussian模和Laguerre-Gaussian模并列。由于高斯模式具有多樣的橫向模式。在本文件中，按照Chu等人[Opt.Express 16，19934-19949（2008）]的步驟，使用Dove棱鏡嵌入非平衡馬赫-曾德爾干涉儀來模擬基于
柱面和像散平滑相位項的存在是相當普遍的，例如在半導體激光器的激光束整形元件中。在第6節中，我們將推廣使用偏微分方程半解析處理光滑相位項的概念。所有操作的評估都是通過一些實際的模擬來完成的。
三. 半解析SPW算子
首先，我們將導出包含光滑球面相位項的場的半解析傳播算子。在1989年 MurSuriPur[6]中擴展了經典的菲涅耳傳播概念，超過了近軸情形。
點投影光學元件可以在越來越多的設備中找到，例如在具有深度檢測功能的Apple新款iPad Pro的LiDAR中。分束光柵在這些應用中起著至關重要的作用，并且這種光柵在非傍軸情況下的設計具有挑戰性。由于納米柱操縱電磁場的獨特方式，因此可以提供更多的設計可能性。我們演示了如何在VirtualLab Fusion中構建，建模和優化此類光柵。
設計二維非旁軸分束超穎光柵
電磁場的高效半解析傳播技術7個月前
柱面和像散平滑相位項的存在是相當普遍的，例如在半導體激光器的激光束整形元件中。在第6節中，我們將推廣使用偏微分方程半解析處理光滑相位項的概念。所有操作的評估都是通過一些實際的模擬來完成的。
三. 半解析SPW算子
首先，我們將導出包含光滑球面相位項的場的半解析傳播算子。
使用空間濾波器進行激光束“清理”8個月前
獲得良好的光束質量對于許多激光應用都很重要，而獲得良好光束質量的典型實驗方法是空間濾波。 在空間濾波系統中，將針孔放置在中間焦平面（即傅立葉平面）上，以消除不想要的空間頻率分量。為了對這類系統進行建模，我們必須考慮到來自針孔的衍射和激光束的衍射特性。在此示例中，我們演示了空間濾波的效果。
摘要
三角孔徑衍射案例分析
簡介
衍射是光學領域的基礎物理效應，非規則孔徑（如三角形孔徑）的衍射特性在光學成像、激光束整形、光場調控等場景中具有重要應用價值。傳統物理實驗需反復調整光源、孔徑與探測設備，成本高且周期長，因此需借助專業光學仿真軟件構建精準模型，高效分析三角孔徑的衍射規律。
摘要
在許多激光應用中，獲得良好的光束質量是非常重要的，而獲得良好光束質量的典型實驗方法是空間濾波。在空間濾波系統中，在中間焦平面(即傅里葉平面)上放置一個針孔，以去除不需要的空間頻率分量。為了模擬這樣的系統，必須考慮來自針孔的衍射和激光束的衍射特性，我們在這個例子中演示了空間濾波效應。
建模任務
直徑7.5μm的空間濾波器
