[技术]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） ABGL9;.8  
5]+eLKXB  
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 ?GZs5CnS  
$hh=-#J8  
q1Mk_(4oJ  
'9XwUQx  
简述案例 \v Go5`  
ElxbHQj6  
系统详情 i.&16AY  
 光源 E;0"1 P|S  
- 强象散VIS激光二极管 0@;E8^pa  
 元件 c7_b^7h1  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） uRg^:  
- 具有高斯振幅调制的光阑 P6rL;_~e  
 探测器 tnntHQ&b  
- 光线可视化（3D显示） T^t`Hp  
- 波前差探测 l[Oxf|  
- 场分布和相位计算 u05O[>w  
- 光束参数（M2值，发散角） lom4z\6  
 模拟/设计 wB{-]\H`\  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 =6:Iv"<  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： d1N&J`R\1  
 分析和优化整形光束质量 i
8F~$6C  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 S1JB]\  
UPsh Y  
系统说明 ?##GY;#  
[gDvAtTZ
5  
2J$Uz,@  
模拟和设计结果 EBm\rM8  
Zzs pE
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数值探测器结果 fpUX @b  
~mU#u\r(*  
#'T@mA  
APya&TG  
HU'}c*d]
 
总结 6|9fcIh]B  
UNJ|J$T]  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。
EP @=i  
1.模拟 <JlKtR&nSo  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 >:Ec   
2.评估 &q+ %OPV  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 Cv3H%g+as  
3.优化 :iJ= 9  
利用一个具有高斯形状孔径函数的光阑和经典场追迹引擎来优化M2参数。 4CqZvdC  
4.分析 71eD~fNdx  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 mtp[]  
rmhB!Lo  
对于复杂的光束整形装置，特别是离轴系统，可以使用VirtualLab来进行高效的模拟和分析。模拟过程中，根据情况应用不同的模拟引擎。 \AG,dMS  
iJAW| dw}  
详述案例 K>-m8.~\E  
7~ 2X/  
系统参数 {=kA8U  
:98Pe6  
案例的内容和目标 8K$:9+OY  
+] uY  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 ,}[,]-nVx  
=i.[|g"  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 [@(zGb8  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 WWY9U  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 i/->g:47P  
nWh?zf#{  
模拟任务：反射光束整形设置 hFKYRZtP.8  
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。 r$+9grm<  
YEGXhn5E  
s)>]'ii  
X"R;/tZ S4  
=,sMOJc>  
FT=w`NE,+  
规格：像散激光光束 -y~JNDS1]  
#3.\}d)  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 tTY(I1  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 dJ$}]   
^0VI J)y  
Ts^IA67&<  
5dhRuc  
 oo2VT  
";Lpf]<  
规格：柱形抛物面反射镜 Qv8Z64#  
                         K@hv[4  
 有抛物面曲率的圆柱镜 upWq=_  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 =U?"#   
 曲率半径等于焦距的两倍 5}1cNp6@  
mI l_ [  
H>VuUH|  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型）  N3E=t#n  
[z?q-$#  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 !X8:#a(  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） ;i1H {hB  
 离轴角决定了截切区域 zd+8fP/UB  
|n0 )s% 8`  
规格：参数概述（12° x 46°光束） l(
"_JI  
-O{Af  
   J)66\
h=  
}F-WOQ  
光束整形装置的光路图 ms<?BgCSz  
RTSg=   
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。
4e9mN~  
 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。 H!,#Z7s  
r..\(r  
反射光束整形系统的3D视图 55fV\3F|R  
d!8`}L:=M  
UnGG%  
7kHEY5s "  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 TR]~r2z  
 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）。 eEXer>Rm   
p1CY?K  
详述案例 nKch_Jb
 
~c+0SuJ  
模拟和结果 /9;)zI  
m>~%. (/x  
结果：3D系统光线扫描分析 GV* B$  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 G!@tW`HO  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 Wn<3|`c  
On#RYy^}  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd yX?& K}JI  
g6+}'MN:5  
使用参数耦合来设置系统 8I3"68c_a  
36e!je  
V`=#j[gX)=  
自由参数： ZEp UHdin  
 反射镜1后y方向的光束半径 ?u"MsnCXYn  
 反射镜2后的光束半径 k~h'`(  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） s7#w5fe  
 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。 R6*:Us0\FJ  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 t=Tu-2,k  
'3 5w(  
r1]shb%J?  
D^$Nn*i;U  
tUH#%  
yuWoz*:t  
9=89)TrY  
自由参数： q3#07o_dV  
 反射镜1后y方向的光束半径 (g*2OS  
 反射镜2后的光束半径 PSNfh7g  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） 9;NR   
 基于光束发散角和直径（x和y方向）焦点，可以计算并设置反射镜的直径和距离z。 _py%L+&{  
#/\5a;Elc  
5v<BB`XWp  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 Tn8Z2iC  
FE,&_J"  
]^uO3!+  
结果：使用GFT+进行光束整形 2'$p(  
|MY6vRJ(  
q4C$-W%rj  
J.N%=-8  
IDyf9Zra?  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 "hdcB 0  
18jI6$DY  
>LRt,.hy6  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 :''^a  
Yh\} i  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 "JzQCY^C  
E=+v1\t)]  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： ]#z^G  
UJ3l8 %/`k  
sg RY`U.C  
yS%IE>?  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd -SnP+X!  
I@76ABu^  
结果：评估光束参数 (sSMH6iCif  
)/A IfH  
t
>:2F,0K9  
 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(qqGK{  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M²值感兴趣。 ~_OtbNj#  
 BR;f!  
<iDqt5)N  
 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。 Z<
T%: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） </(bwc~2  
G'T/I\tB  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd cPZD#";f  
v0&E!4q*'  
光束质量优化 ~OO&%\$k  
Au(zvgP  
dP}=cZ~  
 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。 \q(DlqTqs  
 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）。 p}_n :a  
8DHohhN  
结果：光束质量优化 xrd@GTaI  
})f4`$qf  
+MU|XT_5|6  
 由于通过高斯孔径传播，光束显示出理想高斯形状。 因此，M²值在两个方向上几乎都是1。 (lBgW
z  
Exd$v"s Y  
g(){wCI  
o\6A]T=R  
 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。） oVk*G  
R%B"Gtl)  
Gu?OyL  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd OW!cydA-  
y8=p;7DY  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 n<\ WVi  
BBnW0vAZ*  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 PEqO<a1Z8  
Ln-/ 9'^  
|eH>55 b  
 这意味着参数变化是的正态 -v"\WmcS  
Nb;xJSlox  
R+,eXjz"  
G&8)5d[  
5=]q+&y\H  
 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。 <,/k"Y=  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 |L|)r)t  
baJ(Iy$XT  
r,F~Vwa}  
1haNca_6,  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run T1'8<pJ^  
ZuF"GNUC  
第一个随机公差的典型强度分布：（相应的均方根波前差：1.08λ，40.4λ，140λ） HRP4"#9R  
)9LlM2+y  
,9jq @_  
?z,^QjQ}  
由于波前差和因此校准的偏差更大，M²值明显增加。可以使用高斯孔径来减少。 @n<y[WA  
=D88jkQe"  
总结 fNjxdG{a  
qIEe7;DO  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 R1$O)A}k  
1.模拟 ukM11LD5x  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 022nn-~  
2.研究 2ZHeOKJ-  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 ia=eFWt.  
3.优化 OT-!n  
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。 Np$peT[  
4.分析 JBX#U@k>I  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 FnkB z5D  
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。