[技术]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） \Nk578+AA  
7>h(M+ /  
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 O;|jLf_If  
DB}v..  
aq\Fh7  
!x!1H5"  
简述案例 K+~1z>&  
KwgFh#e  
系统详情 x~F YG  
 光源 G @EEh.s9  
- 强象散VIS激光二极管 xVRxKM5 {  
 元件 G cB<i  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） DXQ]b)y+N  
- 具有高斯振幅调制的光阑 P=7X+}@  
 探测器 smn~p/u  
- 光线可视化（3D显示） LW#U+bv]Dq  
- 波前差探测 <$ qT(3w<y  
- 场分布和相位计算 N`4XlD  
- 光束参数（M2值，发散角） ].sD#~L_  
 模拟/设计 wc-v]$DW  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 ^=8/Iw  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： .hUlI3z9  
 分析和优化整形光束质量 CR;E*I${  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 ]wfY<Z  
,5j3(Lk  
系统说明 U.h2 (-p  
gyegdky3  
;-_ZWk]  
模拟和设计结果 ?H>^X)Ph  
h50]%tp\  
数值探测器结果 gk;hpO  
CugZ!>;^  
YT,yRV9#  
/qMiv7m~Q  
PjXiYc&  
总结 G6lC[eK  
cc
>b#&s  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 "zkQu  
1.模拟 `VvQems  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 mwsd
l^c  
2.评估 ; 6PRi/@  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 FM(EOsWk  
3.优化 @/:7G.  
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。 |Y?<58[!)  
4.分析 qz2`%8}F)  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 !\'H{,G  
6J@,bB jVz  
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。 y%x:~.  
%nG>3.%  
详述案例 < Wp)Y  
;$e)r3r`LV  
系统参数 e\^}PU  
%*o  
案例的内容和目标 9%5
3_nx?  
lrL:G[rt  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 :U/]*0b  
`&'{R<cL  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 Ul6|LTY  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 NHe)$%a=H  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 7U?#Xi5  
o|q5eUh=EY  
模拟任务：反射光束整形设置 sjb.Ezoq3  
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。 "C(yuVK1G  
B}.:7,/0  
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l9OpaOVfJ  
Hc[@c)DH  
3 S*KjY'@  
规格：像散激光光束 /8nUecr  
`&h-+  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 nC!]@lA  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 /GM!3%'=  
_}ii1fLv  
m#i4_F=^b  
!]Qk?T~9-  
BFhEDkk  
`#wEa'v6  
规格：柱形抛物面反射镜 Gqc6]{  
                         *9xxX,QT8Q  
 有抛物面曲率的圆柱镜 jT< I`K*  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 *W`7JL,  
 曲率半径等于焦距的两倍 023uAaI^3r  
hdcB*j?4  
i+_=7(
e  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） /#SfgcDt  
UNwjx7usD  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 1]5k lJ  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） %<+uJ'pj  
 离轴角决定了截切区域 '+ZJf&Ox  
g|->W]q@;  
规格：参数概述（12° x 46°光束） x?lRObHK  
oU @!R  
   IVZUB*wv)b  
%3"3V1  
光束整形装置的光路图 K*2s-,b *  
j|`lOH8  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 I)vR  
 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。 HRrR"b9:  
Y`{62J8oy  
反射光束整形系统的3D视图 7I#C[:7x  
}*}F_Y+  
g6aqsa  
j~V$q/7S  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 i+in?!@G:  
 绿线表示生成的光轴，由VirtualLab的基础定位方法生成（仅仅设置了距离z和倾角）。 X%znNx  
[!wJIy?,  
详述案例 _&U#*g  
[KHlApL  
模拟和结果 Ok@`<6v  
tU2#Z=a  
结果：3D系统光线扫描分析 xV`l6QS  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 7&wxnxSk^  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 q5hE S  
Zi7cp6~7  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd 8>LDo"<  
~x/ka43  
使用参数耦合来设置系统 !sEhjJV^7  
>i  >|]  
=T6 ~89  
自由参数： 8Dtpb7\o  
 反射镜1后y方向的光束半径 )g^qgxnnV  
 反射镜2后的光束半径 9QB,%K_:4  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） oQ/T5cOj  
 由于功能原理，所有系统参数（距离，焦距，直径）可以由光束参数分析计算。 lw}7kp4 2F  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 *QWOWg4w  
,dK)I1"C  
C96*,.j~'  
cF=WhP*f  
dQ-shfTr]  
7B\NP`l  
!9YCuHj!p  
自由参数： _h  \L6.  
 反射镜1后y方向的光束半径 %,z;W-#gnY  
 反射镜2后的光束半径 /3^XJb$Sa  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） DCZG'eb  
 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。 f(blqO.@l  
$oM>?h_=  
p%sizn  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 *s"OqTM]x  
0%[IG$u)|  
EmrkaV-?k  
结果：使用GFT+进行光束整形 73.+0x  
^,
^MW  
^xNzppz`]C  
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wm0a4fg  
;L-)$Dy4  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 PX/{!_mM  
){#INmsF  
#X%!7tU6  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 3(t,x  
lN:;~;z_  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 w|S b`eR  
ZYY2pY 1  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： kqj)&0|X  
Pp8G2|bz  
BgUp~zdo  

^M
q@} 0  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd /ILd|j(e  
0x5Ax=ut  
结果：评估光束参数 l=l$9H,  
=. \hCgq  
: -#w  
 从生成的整形光束场分布，可以评估光束参数。 可以直接通过使用探测器界面实现。 LS9,:!$  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M²值感兴趣。 f -F}~S  

;ZAw
f0~  
\n,L600`q  
 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。 aZ_3@I{d`  
 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） Lp(`m=;O  
5XHejHn>  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd +jwk4BU  
82EvlmD  
光束质量优化 - QY<o|  
1|xe'w{  
`JiWS
 
 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。 Udtz zka  
 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）。 c"lwFr9x7  
c;X,-Q9  
结果：光束质量优化 X-<,zRM  
F09%f"9  
jxkQ #Y  
 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。 bsU$$;  
fw,,cu`YA  
w*/@|r39  
SDE+"MjBY  
 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。） in
O;Uwlv  
-`\^_nVC  
5rck]L'  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd j_}:=3  
N1c0>{  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 +3-5\t`  
H9ES|ZJs  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 bK0(c1*a[e  
3'0
vLi  
:*]#n  
 这意味着参数变化是的正态 (T pnJq  
"xTVu57Z[  
JmR2skoV,  
<2 [vR|Q*  
#\Y`?
 
 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。 JHm Pa  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 ey[Z<i1  
8r+u!$i!H  
+8?18@obp  
`~=z0I  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run ]k]bLyz\J  
gvWgw7z  
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） *Us}E7/"'  
Ekq(  
L7(FDv,?  
I|&DXF  
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。 svEe@Kt`  
*@#Gc%mGu  
总结 ~%h )G#N  
K O\HH  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 !=,zy  
1.模拟 q#c+%,Z=C  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 4<UAT|L^`  
2.研究 GEVDXx>@  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 ai?J
  
3.优化 &)t
v
4L&  
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。 o*7NyiJ@z  
4.分析 P#!gP
3  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 0Mn|Yb4p  
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。