[技术]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） X4<!E#  
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To,F$  
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 eIVCg-l}  
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Izrf42 >k  

W}+f}/&l  
简述案例 [~&C6pR  
5`:+NwXS2  
系统详情 >z0~!!YZ  
 光源 Eyw)f>  
- 强象散VIS激光二极管 ;K[ G]8  
 元件 At5:X*vD  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） 8?qEv,W  
- 具有高斯振幅调制的光阑 %(4G[R[  
 探测器 EZvB#cuL-  
- 光线可视化（3D显示） hK=\O)  
- 波前差探测 $V"NB`T  
- 场分布和相位计算 Qxds]5WB/  
- 光束参数（M2值，发散角） X|.M9zIx  
 模拟/设计 1](5wK-Z  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 nJ/wtw  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： YT;b$>1v  
 分析和优化整形光束质量 Sz0M8fYT]  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 i4TU}.h8  
XQEGMaZ  
系统说明 YJgw%UVJ5m  
3[Pa~]yS  
T-7'#uB.m  
模拟和设计结果 ?D
VO\Cp  
8kZ~  
数值探测器结果 .8is!TT  
4XL*e+UfJ  
< 4DWH  
^G63GYh]y  
]pLQ;7f7D  
总结 myH:bc>6  
K?')#%Z/{#  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 iKB8V<[\T  
1.模拟 %UJ!(_  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 & -  
2.评估 
9H*$3  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 SdUt
AC2  
3.优化 fk!wq.a  
利用一个具有高斯形状孔径函数的光阑和经典场追迹引擎来优化M2参数。 bo&!oY#  
4.分析 AqVTHyCu  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 gf+K
r02~  
ssW+'GD  
对于复杂的光束整形装置，特别是离轴系统，可以使用VirtualLab来进行高效的模拟和分析。模拟过程中，根据情况应用不同的模拟引擎。 `>RJ*_aKEI  
(]0$^!YK  
详述案例 /_rAy  
2F-!SI  
系统参数 64}Oa+*s  
&0TOJ:RP  
案例的内容和目标 !@-j!Ub  
>]"5K<-1  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 0CY_nn#3  
.LafP}%  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 UuxWP\~2  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 ?n/:1LN,  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 xc R  
>H@ dgb  
模拟任务：反射光束整形设置 q /|<>s  
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。 kgK7 T  
]M{SM`Ya  
'#t"^E2$  
Z5Ao3O@  
yuswWc'  
[7]p\'j  
规格：像散激光光束 >8SX,  
[w~teX0!  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 8_f0P8R!y  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 iAf, :g  
_h_;nS.Y  

}*$-rieg  
F=B>0Q5  
i>T{s-3v  
xpFu$2T6P.  
规格：柱形抛物面反射镜 1SkGG0 W  
                         .)})8csl.d  
 有抛物面曲率的圆柱镜 i[d-n/)  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 -O~WHi5}  
 曲率半径等于焦距的两倍 Rjo6Pd{d<  
j3`:;'L  
@Sub.z&T{  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） -N5r[*>  
D8h?s  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 abD55YJY  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） "rc}mq  
 离轴角决定了截切区域 S~YrXQ{_>-  
4,FkA_k  
规格：参数概述（12° x 46°光束） `;*=2M<c  
2K, 1wqf'  
   a>sUq["  
nUmA  
光束整形装置的光路图 3X0^xUA6  
H
) q9.Jg  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 kp<9o!?)  
 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。 PKdM-R'Z  
OD>-^W t;%  
反射光束整形系统的3D视图 .d8) *  
F8b*Mt}p  
d^]wqnpf  
CNbrXN  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 M%&`&{  
 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）。 U <4<8'  
_sZ/tU@_-K  
详述案例 i-sE\m  
w'M0Rd]  
模拟和结果 56?U4wj7{  
@H

&Aj..  
结果：3D系统光线扫描分析 BH
ZGQm  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 -Rjn<bTIy  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 zRvYN  
J9poqp@`MG  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd J5J3%6I  
Gjy'30IF  
使用参数耦合来设置系统 y*Ex5N~JC  
9Od Kh\F (  
RG*Nw6A  
自由参数： cY\-e?`=4  
 反射镜1后y方向的光束半径 &e,xN;  
 反射镜2后的光束半径 |r0j>F
 
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） gvA&F|4  
 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。 .^JID~<?#  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 4Iy\   
Zpu>T2Tp  
wQ.i
ld  
J=4S\0Z*  
X$JKEW;0BP  
^o?.Rph|i]  
c$uV8_V  
自由参数： &rw|fF|]  
 反射镜1后y方向的光束半径 9SAyU%mS:  
 反射镜2后的光束半径 fVf.u'
.8  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） @ULr)&9  
 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。 B>?. Nr  
6"_FjS3Sl  
OkzfQ hC}  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 r T*:1  
zKiKda%)  
?`FI!3j  
结果：使用GFT+进行光束整形 qQpR gzw  
%j^=  
@*%.V.  
f0wQn09  
TC R(  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 -QZped;?*  
fWKv3S1dT  
OSkZW  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 Y=}b/[s6;  
^vG*8,^S=8  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 5vP*oD  
6x[gg !;85  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： JN3Oe5yB2@  
!Rsx)  
w #1l)+  
37lmB '~  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd c>DAR  
u.!Pda  
结果：评估光束参数 IL>Gi`Y&  
39m#  
xQJdt$]U@  
 从生成的整形光束场分布，可以评估光束参数。 可以直接通过使用探测器界面实现。 C@Wm+E~;8  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M²值感兴趣。 YtIJJH  
})"9TfC  
qvYw[D#.  
 整形光束在x和y方向上显示了一个几乎相同的半径。 发散角大约是4urad。 \>I&UFfH)4  
 M²值明显高于1。（与理想高斯光束相比，高M²值是由光束偏离引起的） ld2\/9+n  
&1
B)mj  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd WVwNjQ2PM  
im1]:kr7  
光束质量优化 g<.VW0  
;o8cfD.z  
0V`/oaW;  
 通常，使用合适的高斯调制光阑以用于优化M²值。 因此，我们使用测量的半径作为腰束半径（消除发散角）来生成一个高斯光束。 &OuyjW4  
 之后，将接收场转换成一个透射函数。 将该传输函数用作光阑（在一个透射函数元件中）。 9"<)DS  
!-2S(8  
结果：光束质量优化 g<{~f  
PU-;Q@< E  
~'T]B{.+J  
 由于通过高斯孔径传播，光束显示出理想高斯形状。 因此，M²值在两个方向上几乎都是1。 5IMh$!/uc  
^M?uv
{354  
ZC0F:=/K  
}-8K*A3  
 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。） e@X~F6nP  
Ui1K66{  
OjZ+gl}  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd i
km4Y`c  
LW,!
B.`@  
反射镜方向的蒙特卡洛公差  '5[L []A  
wmT3 >  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 ;GE0iSC  
7dU X(D,?  
][_:{ N/  
 这意味着参数变化是的正态 N8mK^{  
Dy8Go4
  
w@oq.K  
GU"MuW`u2  
v_G4:tY  
 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。 [!aHP?-  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 TYLf..i<  
\>jK\j  
Uvz9x"0[u  
w|$;$a7)  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run rfCoi>{<  
A 7TP1  
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） 0jg-]  
L(X:=) !K0  
SZyPl9.b  
U(i2j)|^I3  
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。 -pLb%f0?  
tc# rL  
总结 57r\s8  
G%4vZPA  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 Lp{l&-uQ  
1.模拟 {qh`8  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 oR3$A :!P=  
2.研究 >0~y"~M  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 ;Hm\?n)a  
3.优化 /j.V0%  
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。 7AtJ6  
4.分析 p%,JWZ[  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 v'Lckw@G4  
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。