[技术]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） nc:K!7:  
W 6CNMI]  
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 - S%8  
uD4$<rSHb  
=]0AZ  
0V'XE1h  
简述案例 OZno 3Hn  
<X]dR 6FT  
系统详情 M1XzA `*  
 光源 ,>3|\4/Q  
- 强象散VIS激光二极管 'e7;^s  
 元件 SoB6F9  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） e;&fO[2  
- 具有高斯振幅调制的光阑 {y
|j**NZ  
 探测器 19i[DR  
- 光线可视化（3D显示） [?F]S:/i  
- 波前差探测 Og"\@
n  
- 场分布和相位计算 ^j7]> I  
- 光束参数（M2值，发散角） KOD%>+vG$  
 模拟/设计 n<MreKixE  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 &=laZxe  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： vFsl]|<;8  
 分析和优化整形光束质量 rq^VOK
|L  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 Q}]RB$ZS  
]]|vQA^  
系统说明 {(^%2dk83C  
?yAjxoE~?  
E^t}p[s  
模拟和设计结果 6g'+1%O  
G":u::hR  
数值探测器结果 
I=}R Z9  
r~T3Ieb
 
]D|Hq4ug  
$(;0;!t.  
L_}F.nbS5  
总结 (?~*.g!  
G!w?\-  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 r<-@.$lf  
1.模拟 6q~*\K
Rk
 
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 f=nVK4DuZ  
2.评估 be~'}`>  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 yx/.4DW1Ua  
3.优化 w&LL-~KI+  
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。 M}`G}*  
4.分析 _u8d`7$*%  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 d#
q8-  
nh%Q";  
对于复杂的光束整形装置，特别是离轴系统，可以使用VirtualLab来进行高效的模拟和分析。模拟过程中，根据情况应用不同的模拟引擎。 U,GY']J  
|&H(skF_  
详述案例 r#/Bz5Jb*  
of?0 y-LT%  
系统参数 *]* D^'  
K"9V8x3Wg  
案例的内容和目标 1TL~I-G&n  
<^wqN!/  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 +v"%@lC};  
lcEin*Oc  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 wM&W
R2  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 </Ry4x^A  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 73kL>u  
g+M& _n  
模拟任务：反射光束整形设置 F9C3i  
引入的反射光束整形装置是基于一个反射镜系统，此系统由两个抛物面圆柱反射镜镜与抛物面截面反射镜组成。焦点距离和镜子的位置取决于输入光束的发散角。 Z1M{5E  
}A'Ro/n  
*p7_rY  
y7Sj^muBY  
^_pJEX  
\9s x_T  
规格：像散激光光束 ~3s\Q%   
Com`4>0>I  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 2Jc9}|,  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 [49Ae2W`  
};@J)}  
odC}RdN  
P0XVR_TJf  
4+15`  
f3HleA&&  
规格：柱形抛物面反射镜 uQtwh08i  
                         :pPn)j$  
 有抛物面曲率的圆柱镜 iZDZ/hohv  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 ,7|Wf %X  
 曲率半径等于焦距的两倍 sn?YD'>k  
2@#`x"0  
*IBCThj  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） +2S#3m?1  
_=;ltO  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 uV+.(sjH  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） YN
31Lo  
 离轴角决定了截切区域 k?'<f  
N"rZK/@}  
规格：参数概述（12° x 46°光束） {Qr0pjE7R  
`<^1Ik[g  
   *]RCfHo\=  
KHJk}]K  
光束整形装置的光路图 Vm <9/UG<  
*oU-V#  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 ,=Fn6'  
 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。 @O%d2bgEWV  
-C<Ni  
反射光束整形系统的3D视图 |=W=H6h*  
f:|O);nM  

('VHL!  
!wZ9P  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 a#G]5TZ  
 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）。 -!b@\=  
A T'P=)F@  
详述案例 %1jApCJ  
EU"J'?  
模拟和结果 O FCA~sR  
<OC|z3na_  
结果：3D系统光线扫描分析 eq#x~O4  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 8x9$6HO  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 u t4+c0  
a4L0
Itrp  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd C#A\Rfi  
Z2x%  
使用参数耦合来设置系统 3JR1If  
5};$>47m  
eX@7f!uz  
自由参数： R1=ir# U|D  
 反射镜1后y方向的光束半径 -d8||X[  
 反射镜2后的光束半径 Ud8*yB  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） (66DKG   
 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。 (&a<6k  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 tuiQk=[c  
mC}!;`$8p  
5Si\hk:o  
U.B=%S  
>)IXc<"wq  
T|&2!Sh  
+#d}3^_]  
自由参数： (s\":5 C  
 反射镜1后y方向的光束半径 3]9twfF 'J  
 反射镜2后的光束半径 _7M!b9oA  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） ,LHQ@/}A C  
 基于光束发散角和直径（x和y方向）焦点，可以计算并设置反射镜的直径和距离z。 njy^<7;  
8{GRrwQ>  
!&Z,ev  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 WZ<kk T  
Hw"UJP  
gxku3<S  
结果：使用GFT+进行光束整形 *KXg;777  
k9^Vw+$m  
oe5.tkc  
f @cs<x  
DB>Y#2j4h  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 u8wZ2j4S  
/@H2m\vBX  
!^|%Z  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 CY4_=  
D-8>?`n\  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 %YaUc{.%  
@MV%&y*z.  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： 7(<49bb.V  
O&:0mpRZ  
^!*?vHx:  
#89h}mp'  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd 'ZHu=UT7_  
Y,bw:vX  
结果：评估光束参数 YORFq9a{R  
$DfaW3bJ  
FBGHVV w!  
 从生成的整形光束场分布，可以评估光束参数。 可以直接通过使用探测器界面实现。 !vQ!_|g1  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M²值感兴趣。 y%H;o?<WX  
@J~y_J{  
jj)9jUz  
 整形光束在x和y方向上显示了一个几乎相同的半径。 发散角大约是4urad。 :`Kr|3bQ  
 M²值明显高于1。（与理想高斯光束相比，高M²值是由光束偏离引起的） vl@t4\@3  
?[W(r$IaE  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd %(-YOTDr  
%;0w2W  
光束质量优化 sK:,c5^  
)Q\ZYCPOr  
<(JsB'TK  
 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。 gKZ{O  
 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）。 G5Ci"0  
v`hv5wQ  
结果：光束质量优化 n;"4`6L~  
L!L/QG|wdf  
U
ZdE^Q[  
 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。 0<L@f=i  
yvxC/Jo4  
3D~Fu8Hg1  
=&fBmV  
 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。） F.=uJdl.!  
Q
;P~'  
O#7ldF(  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd AEwb'  
h6x+.}}  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 e>t9\vN#bx  
04;y%~,}U/  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 $EJ*x$  
!9"R4~4  
FGx_qBG4|  
 这意味着参数变化是的正态 .bl0w"c^qq  
{NK>9phoB  
fC3IxlG  
0iXqAa  
MatC2-aV1  
 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。 l1cBY{3QD  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 Wsz='@XvB  
U>;itHW/  
!E_uQ?/w]Z  
l``1^&K  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run H>XbqIkL@  
YLd 5  
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） N0RFPEQ~  
sW2LNE  
na']{a1K  
z%/ww7H  
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。 &`L5UX  
\N#)e1.0P  
总结 e+R.0E  
ap%o\&T;  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 )dL?B9d:  
1.模拟 jX&&@zMq  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 Y0B*.H Ae  
2.研究 g&0GO:F`  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 8)POEY4  
3.优化 N~>?w#?J  
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。 9jPb-I-   
4.分析 b$R>GQ?#  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 deT
bvl  
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。