[技术]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） s3{s.55{m  
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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 QIK73^  
"ILWIzf.]  

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*Qq5=dqD  
简述案例 4_+P
v6  
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系统详情 /y)"j#-eW  
 光源 t1jlxK  
- 强象散VIS激光二极管 6#M0AG  
 元件 |*KS<iHr%  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） ~lqGnNhh7  
- 具有高斯振幅调制的光阑 -l H>8+  
 探测器 OZD!#YI  
- 光线可视化（3D显示） PuCDsojclh  
- 波前差探测
_}OJPahw  
- 场分布和相位计算 c1kxKxE  
- 光束参数（M2值，发散角） -fJ@R1]  
 模拟/设计 ;9 ,mV(w  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 O}_a3>1DY  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： cmhN(==  
 分析和优化整形光束质量 j yRSEk$  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 *frJ^ Ws{  
bz0P49%  
系统说明 :z.Y$]F@  
<m,yFk  
}b+QYSt  
模拟和设计结果 1Xr"h:U_X  
t*d >eK`:N  
数值探测器结果 `E5"Pmg  
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] 5v4^mk  
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总结 & 8'(  
,LW+7yD  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 c~UAr k S  
1.模拟 D2</^]3Su  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 ^8NLe9~p3?  
2.评估 F|?'9s*;6G  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 wB>S\~i  
3.优化 ml.;wB|  
利用一个具有高斯形状孔径函数的光阑和经典场追迹引擎来优化M2参数。 :X1cA
3c!  
4.分析 g&+Y{*Gp  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 dA1 C)gLi  
;DD>k bd  
对于复杂的光束整形装置，特别是离轴系统，可以使用VirtualLab来进行高效的模拟和分析。模拟过程中，根据情况应用不同的模拟引擎。 n2d8;B#  
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详述案例 qX{X4b$  

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系统参数 1V
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oWDSK^  
案例的内容和目标 )ojx_3j8  
J4G> E.8  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 DVl[t8K!  
3X$Q,  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 H5Ux.]y  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 :YqQlr\
 
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 Er"R;l]xJ  
(@ fa~?v>@  
模拟任务：反射光束整形设置 ^r>f2 x  
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。 cXS;z.M\_  
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2"leUur~rO  

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T+;H#&  
规格：像散激光光束 @%OPy|=,{  
=Y&9 qt  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 x*me'?q  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 m!5HRjOO  
VyecTU"W  
C}mYt/
  
Y^R?Q'  
W?qpnPW  
7q%|4Z-~  
规格：柱形抛物面反射镜 g.I(WJX0  
                         48tcgFg[  
 有抛物面曲率的圆柱镜 <.,RBo  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 @up&q  
 曲率半径等于焦距的两倍 =U4f}W;  
/Jxq 3D)v  
onnI !  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） @[MO,J&h  
nnt8 sf@\  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 `d7gm;ykp  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） N;-/wip
 
 离轴角决定了截切区域 6exI_3A4jh  
"jL1.9%"  
规格：参数概述（12° x 46°光束） I&L.;~  
)v%l0_z{  
   K;oV"KRK  
EXA^!/)  
光束整形装置的光路图 wgY6D!Y   
_*s~`jn{H  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 gjW\ XY  
 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。 X<(6T  
vO\:vp4fH  
反射光束整形系统的3D视图 a9[mZVMgUK  
Ri|k<io  
m_a^RB(  
i<%m Iq1L  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 (O$}(Tn  
 绿线表示生成的光轴，由VirtualLab的基础定位方法生成（仅仅设置了距离z和倾角）。 9Ei5z6Vk/+  
d9O:,DKf  
详述案例 :'Zx{F`  
{'NBp0i  
模拟和结果 mge#YV::  
WFouoXlG0  
结果：3D系统光线扫描分析 HLVQ7  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 rwy+~  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 Qh*)pt]n  
Nepi|
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file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd ^f9>l;Lb  
_ w/_(k  
使用参数耦合来设置系统 _=pWG^a  
)1WMlG  
;_}~%-_ ~  
自由参数： ~p:?QB>1]  
 反射镜1后y方向的光束半径 <PX.l%  
 反射镜2后的光束半径 alFNSRY  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） FC{})|yh }  
 由于功能原理，所有系统参数（距离，焦距，直径）可以由光束参数分析计算。 u$C\E<G^  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 H( vx/q  
<Z},A-\S*  
eH %Ja[  
1I ""X]I_  
dPsLZ"I  
D&/I1=\(  
\wYc1M@7V  
自由参数： 0LdJZP  
 反射镜1后y方向的光束半径 XIKvH-0&  
 反射镜2后的光束半径 YxXqI  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） @Gt`Ds9=  
 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。 xYPxg!  
@o6R[5(  
AotCX7T2T  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 Fk{J@Y  
eeM?]J-
 
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结果：使用GFT+进行光束整形 zEj#arSE4  
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7  
Jd_;@(Eg=  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 /N6}*0Ru  
0Qnd6mb  
cLG6(<L  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 8#w)X/  
?F_)-  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 lNz]HiD  
FH8k'Hxg  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： O(c@PJem  
z8"7u/4v{  
1Ipfw  
! \sMR  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd zU&L.+   
5wv fF.v  
结果：评估光束参数 lq>AGw  
-R b{^/  
x6W`hpL  
 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。 z=g$Exl  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M²值感兴趣。 $,ikv?"L  
* ?]~ #  
uOd&XW  
 整形光束在x和y方向上显示了一个几乎相同的半径。 发散角大约是4urad。 T.ML$"f  
 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） XK
S8K4"  
0^3+P%(o@  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd v-Qmx-N  
e2cP *J  
光束质量优化 ,[e\cnq[  
E=$p^s  
3I $>uR  
 通常，使用合适的高斯调制光阑以用于优化M²值。 因此，我们使用测量的半径作为腰束半径（消除发散角）来生成一个高斯光束。 <%P2qgz5  
 之后，将接收场转换成一个透射函数。 将该传输函数用作光阑（在一个透射函数元件中）。 -1u9t4+`  
~b)74M/  
结果：光束质量优化 [9o4hw  
!5Sd2<N  
"N5!mpD"  
 由于通过高斯孔径传播，光束显示出理想高斯形状。 因此，M²值在两个方向上几乎都是1。 Pw[g  
Nd@~>&F  
_zMgoc7  
aG%,cQ1  
 然而，光束半径是略有减少。（光束半径显示在最后一张幻灯片是由于其偏离了理想高斯。） hgj
<>H|  
`$TRleSi  
4(8xjL:  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd e<cM[6H'D  
&JP-O60  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 Ig6T g ?  
1:M@&1LYp  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 `5~3G2T  
4 %W:  
Qk1xUE  
 这意味着参数变化是的正态 7.g[SBUOG  
,|kDsR!  
&--ej|n  
?OlV"zK  
N!2Rl  
 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。 VQ#3#Hj  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。
O1'm@ q)  
\Ae9\Jp8M  
hC <O`|lF  
9f+>ix,ek*  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run Av'GB  
wU\s; dK  
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） VVP:w%yW  
/FP5`:PfL  
n\z,/'d"  
Uyx!E4pl(  
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。 :GpDg  
T"7~AbgNU  
总结 )lk&z8;.=  
%ru;;h  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 4(Iplo*Ys@  
1.模拟 $-}e; VZb  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 c(;a=n(E#  
2.研究 >K9#3 4hP  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 b` Hz$8  
3.优化 l 'DsZ9y@2  
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。 }v:jncp  
4.分析 K"j_>63)  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 10!wqyj&  
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。