[技术]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） i]Or'L0c  
=4 &/Pr  
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 <,,U>0?3  
P)~PrTa%  
AF5.gk=  
4 Yq|Z  
简述案例
*7hr3x  
4NxtU/5-sU  
系统详情 VIL #q  
 光源 4.bL>Y>c  
- 强象散VIS激光二极管 Y
418k  
 元件 =)C}u6  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） 3`4g*wO  
- 具有高斯振幅调制的光阑 }5^j08  
 探测器 hQrO8T?2  
- 光线可视化（3D显示） GYot5iLg  
- 波前差探测 @W|}|V5  
- 场分布和相位计算 .L%_#A  
- 光束参数（M2值，发散角） :g/HN9  
 模拟/设计 }2M2R}D  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 CqDMq!  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： v"Bv\5f,Ys  
 分析和优化整形光束质量 H@er"boi  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 Y'kD_T`f,  
+vfk+6  
系统说明 VA_\Z  
li\hHd5  
dI&2dcumS  
模拟和设计结果 pLL ^R  
G8"L#[~  
数值探测器结果 C^RO@kM  
o<locZ  
4O[T:9mn0  
RL
r;]j8cm  
"2(4?P  
总结 JI5?, )-St  
oQ@X}6B%S  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 !<}<HR^)  
1.模拟 &ZFsK c#  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 rixNz@p'%  
2.评估 <pRb#G"  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 +2`RvQN  
3.优化 ihKnZcI$i  
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。 hRSRz5 J}  
4.分析 D52ELr7  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 "y/GK1C  
MTBN&4[  
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。 UO8#8  
NMmk,  
详述案例 cEO g  
/r Zj=  
系统参数 5>4<_-Tm  
$+zev$f  
案例的内容和目标 erYpeq.  
K=VYRY  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 ]~CGzV  
^3IO.`|  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 |#$Wh+,*  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 ( du<0J|PT  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 
'x lK_Z  

1A
h  
模拟任务：反射光束整形设置 >F6'^9|  
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。 q(i|  
Dms6"x2  
{,|*99V  
FkR9-X<  
^rjICF e  
-?'r_
t  
规格：像散激光光束 [F%INl-sy  
WMZ&LlB%  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 yb56nd  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 6",1JH,;p  
?8fa/e  
([iMOE[D3  
mu0
4TPj  
{LVii}<  
g:`V:kbY$  
规格：柱形抛物面反射镜 9a"[-B:  
                         pJ"Wg@+  
 有抛物面曲率的圆柱镜 G+[hE|L~y  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 o X )r4H?  
 曲率半径等于焦距的两倍 <H`&Zqqk  
}Zc.rk  
;S+*s'e  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） \$}^u5Y  
L+7L0LbNU  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 h
)7{Cj  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） xrxORtJ<  
 离轴角决定了截切区域 kUUey
q  
q3TAWNzI0  
规格：参数概述（12° x 46°光束） p)RASIB  
oOUL<ihe?  
   6MvjNbQ  
SwpS6  
光束整形装置的光路图 Tn< <i  
d4t%/Uh  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 C:xgM'~+  
 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。 xDG8C39qrs  
YvL5>;  
反射光束整形系统的3D视图 t J N;WK.6  
|jH- bm  
~cQ./G4  
[N
bs{f^J=  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 P!3)-apP\  
 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）。 NK;%c-r0v7  
FY+0r67]  
详述案例 {DJ!T  
{.qeVE{  
模拟和结果 rg64f'+Eug  
$!%/Kk4M  
结果：3D系统光线扫描分析 '!^5GSP3&  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 A-x; ai]  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 | s%--W  
S#_g/3w  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd 3cfW|J  

dU<\FW_  
使用参数耦合来设置系统 P|HxD0c^u  
#pO=\lJ
,  
k/o"E  
自由参数： Ndq/n21j  
 反射镜1后y方向的光束半径 &~)PB |  
 反射镜2后的光束半径 |fqYMhA U  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） kKL'rT6z  
 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。 EK`}?>'  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 E7X6Shng  
w#mnab@  
kqy d3Si>  
s)C5u;3!  
dJxdr
s  
_W]R|kYl$'  
|`vwykhezO  
自由参数： m1H|C3u8  
 反射镜1后y方向的光束半径 YbAa@Sq@  
 反射镜2后的光束半径 V
&)Jvx}^  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） N$]B$vv  
 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。 VZuluV  
PJ}d- 
 
yTJ Eo\g/@  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 ~+DPq|-O  
HXV4E\JA  
hK^(Y  
结果：使用GFT+进行光束整形 &?X0;,5)  
>}<1  
"?9rJx$  
)1?#q[x  
C\2rSyo  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 fghw\\]3  
0PEg `Wq  
xs#g  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 -YvnX0j+  
PgOOFRwP  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 {BV0Y.O  
5<64 C}fE3  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： RTC;Wj  
7m.#No>^  
RfoEHN  
H!SFSgAu  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd m&S *S_c  
hK]mnA[Y  
结果：评估光束参数 ,bTpD!  
hp|.hN(kS]  
'#<4oW\]  
 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。 Xz,fjKUnN  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M²值感兴趣。 T'6MAxEZUq  
w?#s)z4}g  
SG$V%z"e  
 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。 e|-&h `[  
 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） Ww=^P{q\  
r=}v` R&  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd TXL!5, X_  

XrUc`  
光束质量优化 s5s'[<  
>U\1*F,Om,  
^sVr#T  
 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。 :+ZLK
m  
 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）。 sP:nTpTsC  
bZ0{wpeK=  
结果：光束质量优化 G)8v~=Bv  
zgNzdO/B  
TJ_Wz
e-lQ  
 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。 s$gR;su)g  
n }kn|To~  
Z".Xroq~  
Lv&9
s  
 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。） C'7DG\pr  
Y_zMj`HE  
XCyU)[wY  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd xlcL;
e&^P  
zm!M'|~@7  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 zC,c9b  
W1Vy5V|M  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 $c{fPFe-  
:X}n[K  
vf5q8/a  
 这意味着参数变化是的正态 9?iA~r|+  
OKPNsN  
xp?YM35  

=&i#NSK  
+70x0z2  
 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。 VUi> ]v/e  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 
eo*l^7  
a]/KJn/B(  
B:Y F|k}T  
e9RH[:  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run q|{
z9V<  
"Zfm4Nx"  
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） HLkI?mW<  
{/j gB"9  
[l/!&6  
#w3J+U 6r  
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。 &,P; 7R  
K491
QXG  
总结 _N {4Rs0  
[D+,I1u2h  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 Ld 0*)rI#  
1.模拟 $1$0M  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 jddhX]>I  
2.研究 aGd wuD  
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%+ZXh&E  
3.优化 g>@a  
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。 boI&q>-6Re  
4.分析 &) 64:l&  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 d>?C?F  
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。