[技术]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） Gc*p%2c  
:J;&Z{  
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 ul^VGW>i  
u`?v-  
G7SmlFn?  
uq\[^  
简述案例 w
itx_r  
RGe2N|  
系统详情 EK2mJCC|  
 光源 Gy6PS{yY6t  
- 强象散VIS激光二极管 t .-%@,s  
 元件 N:~CN1  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） h[i@c`3/2  
- 具有高斯振幅调制的光阑 yt[*4gF4  
 探测器 cH6<'W{*  
- 光线可视化（3D显示） 8fWk C<f}  
- 波前差探测 > JP}OS  
- 场分布和相位计算 iCIU'yI  
- 光束参数（M2值，发散角） *IQQsfL)  
 模拟/设计 LOi/+;>  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 \'.|7{Xu  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： GZzBATx  
 分析和优化整形光束质量 QE4TvnhK  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 wu~?P`  
3A!Qu$r9  
系统说明 ypLt6(1j%  
=`E{QCW  
;5&=I|xqe  
模拟和设计结果 L]wk Ba  
+j(7.6ia  
数值探测器结果 j]'ybpMT"  
'7JM/AcC#K  
<%"o-xZq7C  
2bAH)=  
JmF:8Q3H  
总结 .f-s+J&ED  
P2fiK  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 i;fU],aK!  
1.模拟 J;GYo|8  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 2Dw}o;1'  
2.评估 &Y jUoe  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 ]PQ6 em  
3.优化 d8J(~$tXQN  
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。 g_;4@jwTP"  
4.分析 X86r`}  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 {xRO.699  
B3Daw/G  
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。 S!8q>d,%L  
|-`-zo4z  
详述案例 s|D[_N!|  
",pd 9  
系统参数 FZ5 Ad&".@  
K;*B$2Z#k  
案例的内容和目标 |*B9{/;4  
Y*
0j/91  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 "
L+NN|
 
=y0h\<[  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 @*=eqO  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 ,SH^L|I  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 \[<8AV"E-'  
.TO#\!KBv  
模拟任务：反射光束整形设置 *T2kxN,Ik  
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。 i|!W;2KL5  
KZ 4G"  
o#hFK'&~  
`>u^Pm  
PQXCT|iJ  
+6s6QeNS8  
规格：像散激光光束 B4{F)Zb  
`<(o;*&Gd  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 lyw)4;wt\  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 I]Ws
  
[/U5M>#n  
4[rX\?^e  
<])kO`
+G  
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x.>&|Ej  
规格：柱形抛物面反射镜 -IS$1  
                         >6:UWvV1  
 有抛物面曲率的圆柱镜 z-m:l;  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 =\gK<Xh  
 曲率半径等于焦距的两倍 8Ud.}< Zi  
 t: 03  
mV.26D<c  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） s]Z++Lh<{  
nG7E j#1  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 q3ebps9^  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） l}W"> yQ0  
 离轴角决定了截切区域 E&0]s  
vu3zZMl  
规格：参数概述（12° x 46°光束） BHR(B]EI  
=xr2-K)e  
   |`O210B@  
X4/3
vY  
光束整形装置的光路图 gH/(4h  
0}-
MWbG  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 * & : J  
 因为离轴抛物面镜的位置是相对于它的焦点，那么到反射镜2的距离z必须是负的。 },,K6*P  
8*EqG5OP  
反射光束整形系统的3D视图 m0]Lc{  
Lv@'v4.({  
!BR@"%hx  
p*|Ct  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 ,EH^3ODD  
 绿线表示生成的光轴，由VirtualLab的基础定位方法生成（仅仅设置了距离z和倾角）。 ?GGBDql  
%8lWJwb7u  
详述案例 BP=<TRp.  
,@aF#  
模拟和结果 bf/z T0  
te+r.(p  
结果：3D系统光线扫描分析 m'U>=<!D  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 K%YR; )5A  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 uXVs<im  
rhC x&L  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd 8>'vzc/*>  
rGQY  
使用参数耦合来设置系统 G3gEL)b*  
h! wd/jR  
a>#]d  
自由参数： ^F87gow%`B  
 反射镜1后y方向的光束半径 7w?N-Q$y  
 反射镜2后的光束半径 (#rhD}  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） Iy@6cd,)S  
 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。 P"r7m  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 +krDmU9(  
_.5ABE  
QoS]QY'bZ  
|\N))K-2D  
nQd~i0`vB  
AX6l=jFZx  
vpoJ{TPO  
自由参数： M+WN\.2pX  
 反射镜1后y方向的光束半径 /;`-[  
 反射镜2后的光束半径  5c1{[  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） +z+u=)I  
 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。 34t[]v|LD  
Z+ )<FX  
iM~qSRb#mJ  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 8xYeaK  
Q;=3vUN  
h/7_IuD  
结果：使用GFT+进行光束整形 MG4(,"c!  
J+YoAf`hi  
 Qo+Y  
C0;:")6~  
G,XUMZ  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 1Wz5Iv#Ez  
0|FQIhVuY  
6bUcrw/# p  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 NQ,2pM<*-  
#fxdZm,  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 ,<fs+oi  
bqRO-\vO  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： (w?W
=guHu  
a@N 1"O  
^2uT!<2  
teJY*)d  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd bOK0^$k  
L[lS >4eN  
结果：评估光束参数 5>&C.+A 9  
L%I8no-Q  
'V}4_3#q  
 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。 1p(9hVA  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M²值感兴趣。 lA,*]Mr~  

#A^(
1  
@O)1Hnm  
 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。 :jGgX>GG  
 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） s^GE>rf  
c)zwyBz  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd pGsu#`t  
8C<%Y7)/  
光束质量优化 MzI
n~[\  
]gmkajCzD  
C^ Oy.s  
 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。 R9InUX"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）。 YT)@&HaF  
?xtP\~  
结果：光束质量优化 |%fM*F^7/  
DTCOhUIV  
<[tU.nh  
 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。 -qJO6OM  
{Zf 9} !qF  
9l}G{u9a  
%Q|Hvjk=E  
 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。） [u7i)fn5?  
{GS$7n  
$J]o\~Z J  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd Cm#[$T@C  
>:f&@vwm  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 |:5[`  
HI{IC!6  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 @fI2ZWN|  
{S5j;  
qp2&Z8S\D  
 这意味着参数变化是的正态 Pa */&WeB  
:PQvt/-'(D  
=X=m_\=~@  
\Wf1b8FW  
a<v!5\dq!  
 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。 4!DXj0^  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 EGK7)O'W  
u51Lp  
| gP%8nh'C  
1ika'  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run 4i(?5p>f  
i" >kF@]c8  
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） ZGQz@H5  
H]VoXJ\*  
d`4F  
E>k!d'+tb  
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。 Un\ T} c  
lAo S 9w  
总结
9u] "($  
?T
Y/'-M5  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 ?eri6D,86w  
1.模拟 3}2a3)  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 ')1p  
2.研究 ]%I|C++
0  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 n@y*~sG]  
3.优化 7aJ:kumDZ  
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。 31~Rs?~f(  
4.分析 0i/!nke.  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 "&
1h<>  
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。