[技术]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） FDG
KMGZ  
Dk{nOvZu<  
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 i7w}
`vs  
?;.+A4  
raI~BIfe  
?'$. -z:  
简述案例 0 *Yivx6  
PRf\6   
系统详情 0,D9\ Ebd  
 光源 /RULPd PH  
- 强象散VIS激光二极管 8-g$HXqs_#  
 元件 gu.))3D9  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） nrD=[kc!w  
- 具有高斯振幅调制的光阑 C`1\$U~%  
 探测器 h|/*yTuN.y  
- 光线可视化（3D显示） ;uo|4?E:\(  
- 波前差探测 [r< Y0|l,m  
- 场分布和相位计算 MvjwP?J]  
- 光束参数（M2值，发散角） k3|9U'r!c  
 模拟/设计 W!9f'Yn  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 Yr(f iI  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： +iDz+3v(  
 分析和优化整形光束质量 6V_5BpXt  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 U>M>FZ  
+w}%gps  
系统说明 @Oc}\Rg  
K/
LaA4  
GMp'KEQQ  
模拟和设计结果 ~|d?o5W  
I:2jwAl  
数值探测器结果 r
N!9&  
}j<_JI  
W;xLuKIG  
,4I6RwB.  
Hn2Q1lF-ip  
总结 R8Ei:f}  
9(Xch2tpO!  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 rO>wX_  
1.模拟 2OOj8JS  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 gmH0-W)=  
2.评估 sBG(CpQ  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 nLLHggNAV  
3.优化  k`zK  
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。 o\YdL2:X  
4.分析 Yy:sZJ  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 j3'/jk]\  
Iz=E8R 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。 ov.rHVeI  
{y%O_-C'r  
详述案例 +[nYu)puP  
;7{wa]  
系统参数 KD<`-b)7<  
`-e}:9~q  
案例的内容和目标 >R!I  

IZ ha* 7  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 H0Xda.Y(  
t-{OP?c
E1  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 !f[N&se  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 fO|u(e  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 VH*(>^OfF  
&%51jM<  
模拟任务：反射光束整形设置 d`*vJ#$>2  
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。 ,=yIfbFQ  
JugQ +0  
a'.=.eDQ  
3Jit2W4  
: .e
S|  
N^j''siB  
规格：像散激光光束 M4]|(A  
E 4(muhY  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 U}5KAi 9Z  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动
hIHO a  
$9b6,Y
_-  
jDR\#cGrZ  
4ov~y1Da)  
gKEvgXOj  
3Q6
#m3AWY  
规格：柱形抛物面反射镜 r+obm)Qtp  
                         !kYmrj**  
 有抛物面曲率的圆柱镜 ~#xRoB
y3  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 FiH!)6T  
 曲率半径等于焦距的两倍 Eu}A{[^\  
cA^7}}?e  
p`ZGV97  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） sVf7g?  
4iPg_+  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 ucO]&'hu:  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） =z dti'2{4  
 离轴角决定了截切区域 e1a%Rj~  
`fHiY.-  
规格：参数概述（12° x 46°光束） 4WnxJ]5`  
27gm_*  
   3`I_  
`hhG^O_  
光束整形装置的光路图 l#:Q V:  
q3:' 69  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 smNr%}_g  
 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。 8gdOQ=a  
A`8If  
反射光束整形系统的3D视图 c}cboe2  
[O'p&j@  
 )BB a  
\FM- FQK  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 Uh}yHD`K  
 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）。 R["7%|RV  
&c!-C_L 2  
详述案例 n40Z  
gr7_oJ:R  
模拟和结果 E{B<}n|}&  
^6n]@4P  
结果：3D系统光线扫描分析 Sy55w={  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 =+WFx3/  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 YWdvL3Bgk,  
`VbG%y&I  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd _Fjv.VQ,  
: Dlk`?  
使用参数耦合来设置系统 <k1gc
,*  
>oNs_{  
)c/BDC7g  
自由参数： 4#uoPkLK  
 反射镜1后y方向的光束半径 cm<3'#~Q?  
 反射镜2后的光束半径 pcG q  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） k[m-"I%ZFX  
 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。 }Q_i#e(S  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 P{ o/F  
[d}1Cq=_  
u8QX2|  

^S@b*  
d0d2QRX  
#c_ZU\"h"  
FS0SGBo  
自由参数： 'UKB
pm/  
 反射镜1后y方向的光束半径 a6C~!{'nW  
 反射镜2后的光束半径 t/w>t! q  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） (A_9;uL^_  
 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。 c`cPGEv  
$hapSrS  
UF tTt`N2  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 I nk76-  
C;|Ru*  
n@f@-d$m\<  
结果：使用GFT+进行光束整形 .'M]cN~  
&H6Fkza;4  
r=;k[*;{  
ek<U2C_u#  
6IA~bkc}  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 (msJ:SG  
D KOdqTW  
Pt$7U[N  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 +9t@eHJT1  
Z q)A"'Y  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 xfilxd  
B(hNBq7  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差：  *hba>LZ  
ygHNAQG~  
e5dwq  
a"EXR-+8  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd }
0 Z3Lrv  
n:{yri+  
结果：评估光束参数 xM(  
wp$=lU{B  
\I>,j,c  
 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。 y9 "!ys  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M²值感兴趣。 TA*49Qp  
};
|'8'5  
sy~mcH:%+  
 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。 ry:tL0;;e#  
 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） B; ~T|exu  
Mw<1  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd IaW8  
/}V9*mD2  
光束质量优化 H|P.q{(G  

(1ebE  
mY-r:  
 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^gd1K<N  
 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）。 3oj30L.  
iC 2:P~  
结果：光束质量优化 v+Hu=RZE  
,ua]h8  
K-K+%U  
 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。 /IgTmXxxj  
NWFZ:h@v  
&iTsuA/7  
Mb-C DPT  
 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。） 27)$;1MT:  
hsi#J^n{  
f"/NY
6  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd cOIshT1  
x\)-4w<P  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 7#Mi`W  
*0Fn C2W1  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 n{M!l\1  
w(VH>t  
- iU7'  
 这意味着参数变化是的正态
{R(q7ALR  
Ltc>@  
o4d>c{p  
[mX\Q`)QP  
W Qe>1   
 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。 gq/q]Fm\  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。  </7J:#  
/6g*WX2P1  
p=p
,sJ/@  
J-=&B5"O>  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run ! @|"84  
w}+j
fO9  
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） hD sFsG  
:[!rj  
gmt`_Dpm$  
:Z
,zWk1|  
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。 >[NNu Y~  
y "gYv  
总结 po!0j+r3  
ZjbMk3Y  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 TEv3;Z*N  
1.模拟 [i\K#O +f  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 p9fx~[_5/  
2.研究 kz]qk15w  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 pL
Nv\M+  
3.优化 {o AJL  
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。 z;D[7t
T  
4.分析 8H;yrNL  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 dCN4aY[d  
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。