[技术]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） Xb?P'nD  
'.c[7zL  
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 yS@c2I602  
DJS0;!# |O  
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mvuh  
O B_g:T  
简述案例
7!]$XGz[  
~ZweP$l  
系统详情 b" 1a7  
 光源 Oq7M1|{  
- 强象散VIS激光二极管 ~-.}]N+([  
 元件 }JeG
jpAcV  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） @mSdksB/L  
- 具有高斯振幅调制的光阑 fINF;TK  
 探测器 }TzMWdT  
- 光线可视化（3D显示） ~pO6C*"  
- 波前差探测 8`v+
yHjG  
- 场分布和相位计算
!g #  
- 光束参数（M2值，发散角） ]>tYU   
 模拟/设计 v*Ds:1"H-I  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 d&BocJ  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： !8lG"l|,l  
 分析和优化整形光束质量 {_&'tXL  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 9utiev~
3  
,m;S-Im_Xr  
系统说明 X; I:i%-  
J -tOO  

Y~gDS^8  
模拟和设计结果 c7UmR?m  
f!%G{G^`  
数值探测器结果 O=~8+sa  
q,`"Z)97  
rH*1bDL  
Oxo?\ :T  
Uc%n{ a-a  
总结 QZ?#ixvJ  
Q6blX
6DWU  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 'NJGez'b,  
1.模拟 `EKmp|B_p_  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 qTSyy=  
2.评估 rPhx^ QKH2  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 i7$4i|  
3.优化 .5L|(B=
H  
利用一个具有高斯形状孔径函数的光阑和经典场追迹引擎来优化M2参数。 YnM&t ;TX  
4.分析 5Ku=Xzvq  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 gJa48 pi  
ot\  FZ  
对于复杂的光束整形装置，特别是离轴系统，可以使用VirtualLab来进行高效的模拟和分析。模拟过程中，根据情况应用不同的模拟引擎。 KLb"_1z  
R[_Q}W'HG  
详述案例 p7{2/mj  
 NOY`1i  
系统参数 *JnY0xP  
Xir ERc.e  
案例的内容和目标 -e_91WI  
\r %y^G  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 @JW HG1qJ  
8y:/!rRN  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 ;X_bDiG$  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 LTZ8Eu  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 vYFtw L`  
9Lus,l\  
模拟任务：反射光束整形设置 @h&:xA56  
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。 ]ilQq~X  

# &,W x  
ai7R@~O:_k  
jgvzp  
+3yG8  
~<N9ckK  
规格：像散激光光束 NX[-Y]t  
eA{nwtN  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 3S5`I9I  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 @m5c<(bkfp  
-uKTEG[  
ZZ>"LH  
h
v  

jn 5v  
HNRAtRvnY  
规格：柱形抛物面反射镜 >'lvZt  
                         yhkKakg,)  
 有抛物面曲率的圆柱镜 DPlDuUOd  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面
{/FdrS  
 曲率半径等于焦距的两倍 M}! qH.W  
\0W0o5c$  
b'ZzDYN  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） NXk~o!D  
86pA+c+U  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 yq?\
.~ax  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） 5hHLC7tT9  
 离轴角决定了截切区域 q@G}Hjn  
}rvX}   
规格：参数概述（12° x 46°光束） .Y|wG<E  
q;lR|NOh  
   MgP&9  
.VR~[aD  
光束整形装置的光路图 -e_
|^T"  
P(s:+  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 Lu~E5 ,  
 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。 \#PZZ
H%  
3GNcnb  
反射光束整形系统的3D视图 KYZ#.f@  
F @<h:VVP  
8f<y~L_(`  
H|0-Al.{  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 @eZBwFe  
 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）。 v k=|TE  
UdVf/PGx  
详述案例 ::+;PRy_E  
pH2/."zE<  
模拟和结果 xFekSH7[F  
CPL,QVO9  
结果：3D系统光线扫描分析 j74hWz+p4  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 ,2rfN"o  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 6" <(M@
 
#s81k@#X  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd p!~1~q
6  
}zS5o [OE  
使用参数耦合来设置系统 SB08-G2  

1<fW .Q)  
Z:<an+v|5  
自由参数： $qr6LIKGw  
 反射镜1后y方向的光束半径 x@QNMK.7  
 反射镜2后的光束半径 zH Z;Y^{+  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） !V(r p80  
 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。 V@T(%6<|  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 W8$0y2  
4Ngp  -  
7i{(,:  
:F@Uq<~(  
i\l}M]Z#  
r#2Fk&Z9  
@{q<"hT  
自由参数： ;Vc|3  
 反射镜1后y方向的光束半径 Z]R#F0"U  
 反射镜2后的光束半径 rm9>gKN;#  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） OA=~i/n~  
 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。 $,
]U~7S  
@!'}=?`  
PZJ9f8V  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 G"E_4YkJ  
CY
Q)'v  
<$zhNu~  
结果：使用GFT+进行光束整形 tE{M  
 >(ip-R  
bKGX> %-  
dd<l;4(  
r *6S1bW  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 7+hF1eoI  
abT,"a\h  
rvy%8%e?  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 -qDqJ62mC  
M1xsGa9h&  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 E5)0YYjHZ  
IF0!@f  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： $8UW^#Bpq  
ed#fDMXGQ%  
HrvyI)4{  
2<I=xWwFA  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd A| A
#|D  
-'d:~:1f  
结果：评估光束参数 wCNn/%C  
Y06^M?}  

v;o1c44;  
 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。 HS{Vohy>  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M²值感兴趣。 .
waw=C  
"d$~}=a[  
}u O YF  
 整形光束在x和y方向上显示了一个几乎相同的半径。 发散角大约是4urad。 /"?DOsJ.  
 M²值明显高于1。（与理想高斯光束相比，高M²值是由光束偏离引起的） b~,e(D9DG  
`_OrBu[  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd WSH[*jMA  
.yZLC%}  
光束质量优化 t!qLgJ5%y  
ErK1j  
~?ezd0  
 通常，使用合适的高斯调制光阑以用于优化M²值。 因此，我们使用测量的半径作为腰束半径（消除发散角）来生成一个高斯光束。 <N=k&\  
 之后，将接收场转换成一个透射函数。 将该传输函数用作光阑（在一个透射函数元件中）。 js81@WX!c  
!2Nk  
结果：光束质量优化 <3B^5p\/  
)C8^'*!  
Jf
N5#+_i  
 由于通过高斯孔径传播，光束显示出理想高斯形状。 因此，M²值在两个方向上几乎都是1。 Yn~fnI{  
R}0gIp=  
"i;.>  
V@`b7GM  
 然而，光束半径是略有减少。（光束半径显示在最后一张幻灯片是由于其偏离了理想高斯。） }MRgNr'k  
cRnDAn#42  
hc|A:v)]  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd OOSf<I*>  
p2gdAJ  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 ['}|#
3*w  
gt}Atr6>_  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 ]XEyG7D  
ZwMVFC-d  
J=3{<Xl  
 这意味着参数变化是的正态 Z5q%L!4G  
]2@(^x'=  
1
7~Pc  
.z,-ThTH@\  
|URfw5Hm  
 对于这个例子，假设每个反射镜都有±0.1°的角度偏差（绝对的方向）。 由于这个偏差，整形光束的波前差明显增加。 %HG+|)b  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 "rn  
[}4zqY{  
K:U=Y$x  
HKJCiQ|k  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run 1!1JT;gG^9  
~RbVcB#  
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） R1LirZlzJ  
PL=v,NB  
@sn:%/x_  
E^rBs2;9
  
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。 nr]=O`Mvh  
pA.orx  
总结 HMUx/M.j  
Ja3#W K  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 tQzbYzG
b7  
1.模拟 U[pHT _U  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 \5}PF+)|  
2.研究 LE}`rW3  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 28^/By:J  
3.优化 c(hC'Cp  
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。 -J63'bb7oi  
4.分析 @].s^ss9_  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 On);SN'  
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。