光束準直的案例
光束準直受偏振影響效率低？OAS角錐回射器案例來破局
角錐回射器廣泛應用于精確距離測量、增強夜間可見性、激光通信、光束準直和反射實驗等場景。本案例借助 OAS 光學軟件，深入研究角錐回射器對偏振光的影響，探索其在偏振光處理領域的特性。
案例設置與操作
模型構建
在 OAS 光學軟件中，首先利用其元件庫創建角錐回射器模型。根據實際應用需求，設定角錐回射器的尺寸參數，包括反射面的邊長和角度等。同時，選擇合適的材料和反射膜參數，確保模型能夠準確反映實際器件的光學特性。接著，創建一個線偏左旋 90° 的平行光源。在軟件中精確設置光源的偏振態、波長、光束直徑等參數，使光源符合實驗要求。將光源與角錐回射器按照實際光學系統的布局進行裝配，完成整個光學模型的搭建。
參數配置
設定光線追跡的精度，確保光線在傳播過程中的每一次反射和折射都能被精確計算。選擇合適的波長范圍進行仿真，考慮到角錐回射器在不同波長下的光學性能可能存在差異，本案例選取了常見的可見光波長范圍。同時，設置光線的數量，足夠多的光線可以更全面地反映光的傳播特性，但也會增加計算量，經過權衡，確定了合適的光線數量以平衡計算精度和效率。
仿真運行與結果觀察
OAS 軟件通過光線追跡算法模擬光線在角錐回射器和光源組成的光學系統中的傳播過程。在仿真過程中，可以實時觀察光線的傳播路徑和偏振狀態變化。仿真結束后，軟件生成詳細的結果數據和可視化圖像。通過分析結果數據，獲取光線在經過角錐回射器前后的偏振態參數變化，如偏振方向、偏振度等。同時，觀察可視化圖像，直觀地了解光線的傳播軌跡和偏振狀態分布情況。
展開 [NEWSLETTER] 利用剪切干涉法的準直測量
對于許多光學系統來說，光束準直的程度如何，是一個基本問題，尤其是在激光應用中。 剪切干涉法是一種測試光束準直質量的簡便方法，我們在VirtualLab Fusion中進行了演示。 干涉儀中的關鍵設備是剪切板，具有高質量的平面，通常具有較小的楔角。 借助VirtualLab Fusion中的通道概念，我們可以輕松地模擬光線與剪切板之間的多種相互作用。
用剪切干涉法進行準直檢驗
我們展示了如何建立剪切干涉儀，來檢驗激光光束準直。 我們觀察到由于改變準直透鏡系統而引起的干涉條紋的變化。
界面和光柵區域的通道配置
通過VirtualLab Fusion中靈活的通道配置，用戶可以輕松控制仿真中任何界面和/或區域的響應。
可發送信息了解更多詳情: support@infotek.com.cn / support@infocrops.com
展開 利用物鏡對二極管激光器光束進行準直
系統說明
? 光源
— 發散的紅外激光二極管
? 組件
— 通過折射透鏡系統對發散的二極管激光光源進行準直
? 探測器
? 建模/設計
— 光線追跡：掌握系統性能并進行波前差計算
— 場追跡：激光剪切對光束質量的影響
2. 系統說明
3. 建模&設計結果
4. 總結
對于一個具有發散角的而激光激光器準直系統的性能研究，可通過：
第一步 光線追跡評價以計算波前差
第二步 場追跡評價來檢查光束剪切產生的衍射效應以及對光束質量產生的影響
應用示例詳細內容
系統參數
1. 應用實例的內容
? BDS.0001，BDS.0002以及BDS.0003主要是關于一個折射型光束傳輸系統。
? 在該示例中分析了一個準直透鏡系統。尤其對準直光學系統在孔徑處的光束切趾的影響進行了研究
? BDS.0002和BDS.0003 探究的是光的聚焦。
2. 參數：非準直入射激光束
3. 參數：準直物鏡概述
應用示例詳細內容
仿真&結果
1. 光線追擊仿真起始點
2. 光線追跡：激光束仿真
3. 利用光線追跡進行第一次系統評估
4. 光線追跡：2D方向點列圖
? VirtualLab可以為點列圖提供不同的顯示選項。
? 如，具有確定矢量方向光線的相鄰的X和Y分量(Sx,Sy)。
? 小尺寸比例說明Sz分量近似于1，因此所有光線準直性非常好。
5. 光線追跡：波前差檢測
? 專用的波前誤差檢測器可以讓你看到正比于為相差的所具有的光程差。
? 此外，探測器輸出的波前差RMS值為：～0.03λ
? 這也證明了準直的成功性。
6. 場追跡：激光束仿真
7.
展開 VirtualLab運用：利用物鏡對二極管激光器光束進行準直
應用示例簡述
1.系統說明
?光源
—發散的紅外激光二極管
?組件
—通過折射透鏡系統對發散的二極管激光光源進行準直
?探測器
?建模/設計
—光線追跡：掌握系統性能并進行波前差計算
—場追跡：激光剪切對光束質量的影響
2.系統說明
3.建模&設計結果
4.總結
對于一個具有發散角的而激光激光器準直系統的性能研究，可通過：
第一步 光線追跡評價以計算波前差
第二步 場追跡評價來檢查光束剪切產生的衍射效應以及對光束質量產生的影響
應用示例詳細內容
系統參數
1.應用實例的內容
?BDS.0001，BDS.0002以及BDS.0003主要是關于一個折射型光束傳輸系統。
?在該示例中分析了一個準直透鏡系統。尤其對準直光學系統在孔徑處的光束切趾的影響進行了研究
?BDS.0002和BDS.0003 探究的是光的聚焦。
2.參數：非準直入射激光束
3.參數：準直物鏡概述
應用示例詳細內容
仿真&結果
1.光線追擊仿真起始點
2.光線追跡：激光束仿真
3.利用光線追跡進行第一次系統評估
4.光線追跡：2D方向點列圖
?VirtualLab可以為點列圖提供不同的顯示選項。
?如，具有確定矢量方向光線的相鄰的X和Y分量(Sx,Sy)。
?小尺寸比例說明Sz分量近似于1，因此所有光線準直性非常好。
展開 
利用剪切干涉法的準直測量
摘要
激光束的準直是各種光學應用的基本必要任務。 因此，對準直度的測量也很重要，而剪切干涉法經常被用于此類任務中。 在此示例中，我們演示了如何構建剪切干涉儀并將其用于測量準直。 通過改變光束準直系統(例如該示例中兩個透鏡之間的距離)，我們觀察到了來自剪切干涉儀的干涉條紋。
建模任務
擴展和準直后的波前評估
剪切干涉條紋
剪切干涉條紋
VirtualLab Fusion一瞥
VirtualLab Fusion中的工作流程?設置輸入高斯場
?基礎光源模型[教程視頻]
?從ZemaxOpticStudio?導入鏡頭系統
?從Zemax導入光學系統[用例]
?設置組件的位置和方向
?LPD II：位置和方向[教程視頻]
?設置組件的非序列通道
?非序列追跡的通道設置[用例]
?通過參數運行檢查所選參數的影響
?參數運行文檔的使用[用例]
VirtualLab Fusion技術
文件信息
展開 VirtualLab Fusion：利用剪切干涉法的準直測量
摘要
激光束的準直是各種光學應用的基本必要任務。 因此，對準直度的測量也很重要，而剪切干涉法經常被用于此類任務中。 在此示例中，我們演示了如何構建剪切干涉儀并將其用于測量準直。 通過改變光束準直系統(例如該示例中兩個透鏡之間的距離)，我們觀察到了來自剪切干涉儀的干涉條紋。
建模任務
擴展和準直后的波前評估
剪切干涉條紋
剪切干涉條紋
VirtualLab Fusion一瞥
VirtualLab Fusion中的工作流程
?設置輸入高斯場
?基礎光源模型[教程視頻]
?從ZemaxOpticStudio?導入鏡頭系統
?從Zemax導入光學系統[用例]
?設置組件的位置和方向
?LPD II：位置和方向[教程視頻]
?設置組件的非序列通道
?非序列追跡的通道設置[用例]
?通過參數運行檢查所選參數的影響
?參數運行文檔的使用[用例]
VirtualLab Fusion技術
文件信息
更多閱覽
- Laser-Based Michelson Interferometer and Interference Fringe Exploration
- Fizeau Interferometer for Optical Testing
展開 [VirtualLab] 利用剪切干涉法的準直測量
摘要
激光束的準直是各種光學應用的基本必要任務。 因此，對準直度的測量也很重要，而剪切干涉法經常被用于此類任務中。 在此示例中，我們演示了如何構建剪切干涉儀并將其用于測量準直。 通過改變光束準直系統(例如該示例中兩個透鏡之間的距離)，我們觀察到了來自剪切干涉儀的干涉條紋。
建模任務
擴展和準直后的波前評估
剪切干涉條紋
剪切干涉條紋
VirtualLab Fusion一瞥
VirtualLab Fusion中的工作流程
?設置輸入高斯場
?基礎光源模型 [教程視頻]
?從ZemaxOpticStudio?導入鏡頭系統
?從Zemax導入光學系統 [用例]
?設置組件的位置和方向
?LPD II：位置和方向 [教程視頻]
?設置組件的非序列通道
?非序列追跡的通道設置 [用例]
?通過參數運行檢查所選參數的影響
?參數運行文檔的使用 [用例]
VirtualLab Fusion技術
文件信息
更多閱覽
- Laser-Based Michelson Interferometer and Interference Fringe Exploration
- Fizeau Interferometer for Optical Testing
展開 VirtualLab Fusion物理光學基礎實驗及應用
VirtualLab Fusion中的非序列場追跡
?
非序列追跡的通道配置
?
對平面或曲面模擬標準具的建模
?
準直系統鬼像效應的分析
3.
參數掃描，參數優化等
?
光纖耦合透鏡參數優化
?
湍流下的光纖耦合效率分析
4.
光學系統中的衍射
?
手機鏡頭中的衍射與鬼像仿真
?
微透鏡陣列系統與波前傳感
?
利用折衍混合透鏡進行消色差
Q&A
第二天
1.
干涉實驗
?
干涉儀應用（不同的面型檢測，光束準直測試等）
?
由陡峭浮雕結構引起的干涉儀衍射的研究
2.
偏振與晶體
?
單軸晶體的偏振分光和轉換
?
偏振光干涉
?
偏振成像系統-Pancake系統
?
角向和徑向偏振光照明下的亞波長光柵成像
3.
成像系統
?
離軸望遠鏡系統仿真
?
演示阿貝成像理論以及分辨率研究
?
結構光照明顯微系統
Q&A
展開 ZEMAX | 如何使用物理光學傳播（POP）工具描述空間電場傳播（一）
第一片透鏡準直光束，第二片透鏡聚焦光束。其中：兩片透鏡都使用了r4非球面系數來校正球差。
注意：在光束準直區域中有一個遮光的元件，設置系統波長為1mm。
假設系統光源為光纖提供的高斯光束。
設置系統Aperture Type為Object Space NA，Aperture Value為0.05。由以下公式可以計算出該光束的光束散角2.9°、光腰半徑為6.4 mm。
注意：系統設置的數值孔徑只對幾何光線追跡有效，物理光學傳播分析不使用系統設置的物方數值孔徑。但是對于本文的范例結構，追跡的光線在遠離光束束腰位置時可以很好地描述高斯光束。因此，只要不在焦點附近，我們都可以使用點列圖和其他光線追跡分析工具檢查POP的計算結果。
初步的POP 結果
在Analyze菜單欄中找到并點擊POP的按鈕（Physical Optics）。
如下圖所示打開POP模擬相關的設定。再次強調：POP分析不會讀取你在System Explorer中設定的Object NA。NA必須在POP里面手動設置。請按照下圖進行設置。
在“Beam Definition”中，我們需要設置一個NA是0.05的入射光線（對應的束腰半徑為6.4 mm）。再設置一個1024 x 1024的采樣網格，X和Y方向的網格寬度為0.1mm。
在Display菜單內，勾選“Save Output Beam To:”以及“Save Beam At All Surfaces”。勾選后針對每個表面系統會自動創建和保存一個.ZBL文件，文件里包含了每個表面的電場信息。
展開 VirtualLab運用：反射光束整形系統
光束傳輸系統（BDS.0005 v1.0）
二極管激光光束使用無色散離軸反射裝置進行準直和整形
簡述案例
系統詳情
?光源
-強象散VIS激光二極管
?元件
-光束準直和整形的反射元件（例如圓柱拋物面鏡）
-具有高斯振幅調制的光闌
?探測器
-光線可視化（3D顯示）
-波前差探測
-場分布和相位計算
-光束參數（M2值，發散角）
?模擬/設計
-光線追跡（Ray Tracing:）：基本系統預覽和波前差計算
-幾何場追跡+和經典場追跡（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）：
?分析和優化整形光束質量
?元件方向的蒙特卡洛公差分析
系統說明
模擬和設計結果
場（強度）分布 優化后
數值探測器結果
總結
實現和分析高性能離軸和無色散反射光束整形裝置。
1.模擬
使用光線追跡驗證反射光束整形裝置。
2.評估
應用幾何場追跡+(GFT +)引擎來計算場分布和評價光束參數。
3.優化
利用一個具有高斯形狀孔徑函數的光闌和經典場追跡引擎來優化M2參數。
4.分析
通過應用蒙特卡羅公差來分析方向偏差的影響。
對于復雜的光束整形裝置，特別是離軸系統，可以使用VirtualLab來進行高效的模擬和分析。模擬過程中，根據情況應用不同的模擬引擎。
展開 光纖激光尺實現納米級位置控制精度檢測
4.高速測量：最大測量速度可達2000mm/s以上；
5.量程長：測量量程可以達到4m以上，可定制40米；
6.安裝簡便，易于準直：體積小巧，安裝靈活，可大幅降低阿貝誤差；干涉探頭配置有角度調節裝置，輕松實現光束準直；
7.測量光路熱源隔離：激光發射裝置與測量探頭分離，探頭無熱源，可避免主機散熱對測量通路的影響；
8.多通道輸出：最多可同時連接三路探頭，輕松實現多軸同時測量及多自由度測量；
9.輸出接口多樣：主機輸出接口包含USB接口和位置輸出接口，位置輸出接口有差分TTL(RS-422/EIA-422)、正余弦信號(SinCos1Vpp) 、USB-SDK。
光纖激光尺應用驗證
PLR3000 系列光纖激光尺已在多個客戶端進行精度驗證：用差分干涉（DI）探頭對高精度納米位移臺進行閉環控制，在10mm行程內任意位置實現納米級位置控制精度。
展開 
光纖激光尺實現納米級位置控制精度檢測
4.高速測量：最大測量速度可達2000mm/s以上；
5.量程長：測量量程可以達到4m以上，可定制40米；
6.安裝簡便，易于準直：體積小巧，安裝靈活，可大幅降低阿貝誤差；干涉探頭配置有角度調節裝置，輕松實現光束準直；
7.測量光路熱源隔離：激光發射裝置與測量探頭分離，探頭無熱源，可避免主機散熱對測量通路的影響；
8.多通道輸出：最多可同時連接三路探頭，輕松實現多軸同時測量及多自由度測量；
9.輸出接口多樣：主機輸出接口包含USB接口和位置輸出接口，位置輸出接口有差分TTL(RS-422/EIA-422)、正余弦信號(SinCos1Vpp) 、USB-SDK。
光纖激光尺應用驗證
PLR3000 系列光纖激光尺已在多個客戶端進行精度驗證：用差分干涉（DI）探頭對高精度納米位移臺進行閉環控制，在10mm行程內任意位置實現納米級位置控制精度。
展開 VirtualLab運用：激光束傳輸系統設計——超越光線追跡
?BDS.0001: 利用物鏡對半導體激光光束的準直(download)
?BDS.0002: 非球面后焦點的研究(download)
?BDS.0003: 用于激光束聚焦的雙膠合透鏡優化(download)
?現在就下載VirtualLab Fusion試用版Download
光束傳輸系統（BDS.001）
物鏡二極管激光器光束的準直
1.系統說明
?光源
—發散的紅外激光二極管
?組件
—通過折射透鏡系統對發散的二極管激光光源進行準直
?探測器
?建模/設計
—光線追跡：首先了解系統和波前差計算
—場追跡：激光剪切對光束質量的影響
2.系統說明
3.建模&設計結果
4.總結
對于一個準直發散激光二極管的透鏡系統的性能的探究，可通過：
第一步
光線追跡評價對波前差的計算
第二步
場追跡評價光束剪切產生的衍射效率以及其對光束質量產生的影響。
光束傳輸系統(BDS.0002v.1.0)
非球面后焦點的研究
1.系統介紹
?光源
—具有發散角的紅外激光二極管
?組件
—準直折射透鏡系統及非球面聚焦
?探測器
—點列圖
—波前差
—聚焦區域的1維和2維探究
—光束參數
?建模/設計
—光線追跡：最初焦點位置檢測。
—場追跡：包含衍射效應的更精確的焦點研究。
展開 RP 系列 激光分析設計軟件 | 無源光纖（ 第十三部分）
光纖準直器
在許多情況下，人們希望將離開光纖端的光轉換成準直光束。為此，可以將在光纖端附加一個光纖準直器。通常，準直器用于連接光纖端，即具有光纖連接器的端，例如 FC 或 SMA 類型。本質上，這種準直器包含一個抗反射涂層 透鏡和一個用于光纖連接器的適配器，或者是用于裸光纖的某種安裝座。準直光束的光束半徑大約是透鏡的焦距乘以來自光纖的光束發散半角。對于單模光纖，光束發散度大約是波長除以π乘以模式半徑。較大的準直光束要求光纖準直器的直徑既長又大。
光纖準直器也可用于將準直光束發射到光纖中。
光纖光機零件
人們經常使用頂部帶有一些夾子的 V 形槽將光纖牢固地固定在某個位置。通過在陣列中排列這樣的 V 型槽，可以安裝一個光纖陣列，其中通常一些光纖（有時甚至數千根光纖）以恒定的明確間距排列成一條線。也有專門用于光纖陣列的特殊光纖連接器。
為了將激光發射到光纖中，會有完整的光纖發射系統，包括安裝在精密平移臺上的 V 形槽和夾具，以及一些聚焦透鏡。替代方案可以使用安裝在平移臺上的光纖準直器（見上文）。
如果需要將一些大塊光學元件插入到光纖裝置中，則使用帶有兩個光纖準直器并在其間留出一些空間的組件可能會很方便。特別是與單模光纖一起使用時，高機械穩定性很重要。
展開 Ansys Zemax | 模擬 AR 系統中的全息光波導：第一部分
接下來我們將設置全息圖，所以需要定義兩個構造光束。為了從全息圖中獲得衍射光的方向，構造光束必須經過準直，光束2必須匯聚成一個虛擬焦點。我們需要使用全息圖進行反射，所以它的材質必須設置為“ 鏡面 (Mirror) ”。這明確地表明OpticStudio光線在到達全息圖表面后將以相反的方向傳播。
根據這個思路，我們將構造光源點的坐標 (x, y, z) 設置如下。光束1是準直光束 (0, -∞, -∞) 。光束 2 的構造點設置在 (0, 0, -100) ，這樣會使光束聚焦在離全息圖100 mm的地方。
我們假設全息圖由波長為0.55μm 的光構造，并且全息圖在構建的過程中會被嵌入到PMMA材料內。由于全息圖將被嵌入非空氣材料中，我們將需要在輸入參數“ 構造波 ”時對波長進行縮放。PMMA材料在0.55μm 的光通過時的折射率為1.49358，因此構造光波長為0.55/1.49358 = 0.3682 μm。
為了更方便查看布局圖，我們可以使用一個小技巧。由于繪制兩個表面之間的邊緣是沒有意義的，所以轉到表面屬性 (Surface Properties) …繪圖 (Draw) 并勾選選項“ 不顯示此表面邊緣 (Do Not Draw Edges From This Surface) ”。將此設置應用到表面 2 到像平面之間的所有表面。
為了模擬光在波導中的傳播，我們在全息圖表面之后再添加5個表面。前4個表面模擬波導的側邊，光在那里發生全反射 (TIR) 并從最后一個表面離開波導材料。
接下來，我們可以使用主光線求解使每個鏡面的中心都位于主光線上。主光線求解只適用于坐標間斷面，所以我們需要在每個表面之前添加坐標間斷。
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