[技术]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） <Llp\XcZ  
f\+fo  
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 >-_d CNZ  
'}g*!jL  
uPYmHA}_/  
x\&`>>uA  
简述案例 HkV1sT  
j*
e6vX  
系统详情 MS(JR  
 光源 PiV7*F4qI.  
- 强象散VIS激光二极管 }>^Q'BW;65  
 元件 l$K,#P<)  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） +$xeoxU>;  
- 具有高斯振幅调制的光阑 2oa#0`{  
 探测器 O20M[_S  
- 光线可视化（3D显示） Tmh(= TB'  
- 波前差探测 _A<u#.yd  
- 场分布和相位计算 +,:du*C  
- 光束参数（M2值，发散角） 6:U$w7P0 e  
 模拟/设计 _,;j7%j  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 :Ih|en^w  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： A^ _a3$,0  
 分析和优化整形光束质量 ,D\GGRw  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 ]0;864X0  
KZ!3j_pKy  
系统说明 IchCACK  
U.AjYez  
+(xeT+J  
模拟和设计结果 WwC 5!kZ  
UA[,2MBp  
数值探测器结果 7r|(}S  
^gV
T$A  
c4_`Ew^k  
QKN<+,h!z>  
o7B[R) 4  
总结 b
}T6v  
 tvXW  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 T!wo2EzE  
1.模拟 UgWs{y2SE.  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 :Rs^0F8)c  
2.评估 Xtwun  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 h' !imQ  
3.优化 b{fQ|QD{^E  
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。 liR?  
4.分析 7?B.0>$3>V  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 [4fU+D2\d  
i,13b e  
对于复杂的光束整形装置，特别是离轴系统，可以使用VirtualLab来进行高效的模拟和分析。模拟过程中，根据情况应用不同的模拟引擎。 &a/__c/l  
[-&L8Un  
详述案例 |QV!-LK  
~gz^Cdh  
系统参数 #W.vX?-'0  
Qb8K
Ppd  
案例的内容和目标 2_Wg!bq  
6#j$GH *  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 0&ByEN99  
GE>[*zN  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 {JV@"t-X3"  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 gyS+9)gY  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 IVlf=k  
%4\
OPw&  
模拟任务：反射光束整形设置 B\g]({E  
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。 47r_y\U h  
jGrN\D?h  
.To;"D;j,  
g*w<
*  
{cpEaOyOM  
yqSs,vz  
规格：像散激光光束 GE|+fYVM-$  
%gnM(pxl  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 B3Jgd,[  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 PA6=wfc  
_Lw
OOZj  
(Qgde6  
A]L%dFK  
iCP/P%  
=h(W4scgqX  
规格：柱形抛物面反射镜 4@.|_zY  
                         
^\B:R,  
 有抛物面曲率的圆柱镜 Pmi#TW3X  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 %AOIKK5  
 曲率半径等于焦距的两倍 ]nhr+;of/-  
kj+
#TnF-  
VL9-NfeqR  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） fjnTe  
)} DUMq7  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 `V[!@b:  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） E&Qi@Ty  
 离轴角决定了截切区域 >=iy2~Fz,  
qH"Gm  
规格：参数概述（12° x 46°光束） -/]W+[  
nN$Y(2ZN  
   E{HY!L[
 
]a2
W e`  
光束整形装置的光路图
mVtXcP4b  
M8k"je7`s  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 N8KQz_]9I  
 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。 QZ `tNq :/  
}AZc8o-  
反射光束整形系统的3D视图 A?G IBjs  
C8a*Q"  
_ >`X]I;  
Qr#1u  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 6)pH|d.FR  
 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）。 4[ryKPa,  
J==SZ v  
详述案例 E^w:KC2@  
y80ykGPT\&  
模拟和结果 R];Oxe  
D+lzFn$
3  
结果：3D系统光线扫描分析 !? ^h;)a  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。
<"o"z2  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 .s/fhk,  
O7']  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd H1!iP$1#V  
T+LJ*I4  
使用参数耦合来设置系统 $o@R^sJ  
\qsw"B*tv`  
Es5  
自由参数： c= UU"  
 反射镜1后y方向的光束半径 U=bEA1*@0  
 反射镜2后的光束半径 W;?(,xx  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） dQezd-y*  
 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。 v+6@cC  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 uhN%Aj\iu(  
4^6.~6a  
Dj\e@?Y  
DaNW~rd{  
]IJRnVp%  
/R X1UQ.s  
I PE}gp  
自由参数： OEd
Jc\n_R  
 反射镜1后y方向的光束半径 elJ)4Em  
 反射镜2后的光束半径 iq?#rb P#I  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） o6"*4P|  
 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。 .AV)'j#6P  
nW\(IkX\  
lA>\Ko  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 /Tz85 [%6  
4X NxI1w)  
m9M FwfZ  
结果：使用GFT+进行光束整形 4^c-D  
8
:ggECD  
^=cXo<6D  
;??ohA"{5  
OLq 0V
3m  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 p]W+eT  
n)8Yj/5  
6FfOH<\z6i  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 ETv9k g  
5IVks
g  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 v4?iOD  
(.K\Jg'Y6j  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： _17|U K|N  
"oJ(J{Jat  
xu%'GZ,o9  
Z\X'd_1!  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd hJ%1  
tP ~zKU  
结果：评估光束参数 %@&a7JOL  
$%2_{m_K:p  
s #:%x#  
 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。 t[.W$1=  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M²值感兴趣。 >AD=31lq  
[2$4|;7  
<v]9lw'  
 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。 ,W5.:0Y;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） ty1fcdFZM  
p|6v~  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd !MZw#=D`  
bk#xiuwT  
光束质量优化 ru.5fQU  
Xer@A;c  
$,1dQeE  
 通常，使用合适的高斯调制光阑以用于优化M²值。 因此，我们使用测量的半径作为腰束半径（消除发散角）来生成一个高斯光束。 ka7uK][  
 之后，将接收场转换成一个透射函数。 将该传输函数用作光阑（在一个透射函数元件中）。 34C``i  
-$Y8!54  
结果：光束质量优化 4yV].2#rl"  
(;o*eFC F  
&TN2 HZ-bJ  
 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。 N}/>rD  
ol!86rky  
m$UvFP1>u1  
/MMtTB H  
 然而，光束半径是略有减少。（光束半径显示在最后一张幻灯片是由于其偏离了理想高斯。） OS7RQw1  
eO5ktEoJ  
vd~U@-C=R  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd Jgx8-\8  
P15:,9D  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 W04av_u 5  
B#N7qoi  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 (}H ,ng'4  
VK .^v<Yo  
P[gO85  
 这意味着参数变化是的正态 k'13f,o}  
aPIr_7e  
4\Di,PPu  
b;vNq  
=t+('  
 对于这个例子，假设每个反射镜都有±0.1°的角度偏差（绝对的方向）。 由于这个偏差，整形光束的波前差明显增加。 @@pq'iRn  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 XCPb9<L  
)LFD6\z1pl  
sWxK~Yg  
MQ
w9X  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run g{ (@uzqG  
g^lFML| %  
第一个随机公差的典型强度分布：（相应的均方根波前差：1.08λ，40.4λ，140λ） 8fO8Dob]\Y  
19y 0$e_V  
S=9E@(]  
az(5o  
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。 }brr ))  
K+ehr  
总结 zGs|DB  
>}]H;& l  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 y_%&]/%  
1.模拟 _"f<Ol[!  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 K`+vfqX  
2.研究 uB+9dQ  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 R7K  
3.优化 -uR{X G. D  
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。 )1z4q`  
4.分析 -N^=@Yx)  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 [t}):}~F|  
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。