[技术]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） Z!jJ93A"  
&OEBAtc/  
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 %M`zkA2]J  
0ia-D`^me  
V?`|Ha}  
ZP&iy$<L  
简述案例 IjXxH]2  
_J#oAE5]!  
系统详情 $ 9E"{6;@  
 光源 &%k_BdlkQ  
- 强象散VIS激光二极管 PI,2b(`h_  
 元件
V`YmGo  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） N pQOLX/<?  
- 具有高斯振幅调制的光阑 Z@$'fX?
~9  
 探测器 v |pHbX  
- 光线可视化（3D显示） 8YgRJQZ!  
- 波前差探测 }#Iqq9[  
- 场分布和相位计算 aD6!x3c/  
- 光束参数（M2值，发散角） PGVp1TQ  
 模拟/设计 p6)6Gcx  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 *"6A>:rQs  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： 5LU7}v~/  
 分析和优化整形光束质量 fD8GAav  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 sEZ2DnDI  
322-'S3<  
系统说明 hewc5vrL  
-lq`EB+  
Tn(uH17  
模拟和设计结果 Mii&doU  
9i{(GO  
数值探测器结果 [biz[fm  
qF`]}7"^  
~3-+~y=o~  
f}ch1u>  
s.KfMJ"u[  
总结 3Q)"  
ra_TN;(  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 _G/uDP%  
1.模拟 4$ah~E>,t  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 M-F{I%Vx  
2.评估 +#A
~O4%t  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 i3Xo6!Q  
3.优化 Gf9O\
wrs  
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。 *TCV}=V G  
4.分析 hQNUA|Q=%  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 Wg8*;dvtM  
1}p:]/;  
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。 9\kEyb$F=  
_(8N*q*w  
详述案例 yLl:G;  
_6]CT0  
系统参数 E(f|LG[I  
jxYze/I  
案例的内容和目标 9o]!D,u8=5  
Vyc  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 %/!f^PIwX  
.hoVy*I  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 )2u_c=  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 >{Xyl):  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 H6KBXMYO  
fN9uSnu  
模拟任务：反射光束整形设置 ^.*zBrFx  
引入的反射光束整形装置是基于一个反射镜系统，此系统由两个抛物面圆柱反射镜镜与抛物面截面反射镜组成。焦点距离和镜子的位置取决于输入光束的发散角。  _BCq9/  
1p<*11  
DV*e.Y>  
c s:E^  
wX!0KxR/Z  
e{^lD.E  
规格：像散激光光束 6!=q+sw/X  
azRp4~2?  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 ndk~(ex|j  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 ItZ*$I1<  
6.|[;>Km  
3 [O+wVv  
"K;""]#wg0  
=t|,6Vp  
DD[<J:6  
规格：柱形抛物面反射镜 _~2o  
                         Ypinbej  
 有抛物面曲率的圆柱镜 `84,R
!  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 ITz+O=I4R]  
 曲率半径等于焦距的两倍 sy6[%8
D$  
\#C]|\  
y6H`FFqK  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） z1.vnGP  
z.tN<P7  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 bJw{U.  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） mKUm*m#<R  
 离轴角决定了截切区域 UH((d*HX4  
UI~hB4V$]  
规格：参数概述（12° x 46°光束） <EY{goW  
=t.T9'{  
   {.Brh"yC  
c&PaJm  
光束整形装置的光路图 *-E'$  
EbJc%%c  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 Q+O./1x*,  
 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。 Sb}=j;F  
Ve xxdg  
反射光束整形系统的3D视图 x((Rm_'  
*0_Q0SeE,o  
O]oH}#5b  
4MCj*ok<  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 iAt&927  
 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）。 CbOCL~ "  
~*e@^Nv)v  
详述案例 _KZTY`/*  
WM ]eb, 8q  
模拟和结果 &#!1 Y[e^  
YU\k D
  
结果：3D系统光线扫描分析 Sf2xI'  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 v]
}\Ns/  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 _s}`ohKvD  
q RRvZhf  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd TK0W=&6#A  
k[y^7,r  
使用参数耦合来设置系统 P#[?Kfi  
bYr*rEcA  
RSnBG"  
自由参数： vdot .
 
 反射镜1后y方向的光束半径 jVqpokWH  
 反射镜2后的光束半径 $KP&#;9  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量）
dZ4c!3'F  
 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。 msQ?V&+<  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 iV!V!0- @  
YdN]Tqc  
dk0} q6~
 
-&lD0p>*g  
bHQ) :W  
ClNuO  
o4agaA3k  
自由参数： bV+2U  
 反射镜1后y方向的光束半径 U/_hH*N"!  
 反射镜2后的光束半径 u-QHV1H`(  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） *&hbfsP:  
 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。 `Q[NrOqe"  
`O`MW} c
 
b.RFvq5Z  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 !lBK!'0  
bCiyz+VyJn  
yD@1H(yM  
结果：使用GFT+进行光束整形 {BgJ=0g?  
ph~BxK )i6  
#7KR`H  
 R*r"};
 
7y_<BCx h  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 nYe:$t3F=  
"]OROJGa  
%pqB/  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 #w:nj1{_  
"=V!-+*@G@  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 >*Ej2ex  
Eu%E2A|`I  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： UD9JE S,  
v8n^~=SH  
N|3#pHm@  
l=x(   
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd M+b?qw  
CyXaHO  
结果：评估光束参数 h\Q@zR*0a  
S)/548=`  
G&YcXyH  
 从生成的整形光束场分布，可以评估光束参数。 可以直接通过使用探测器界面实现。 ^;tB,7:*V  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M²值感兴趣。 |dDKO  
2'-84  
%jHe_8=o  
 整形光束在x和y方向上显示了一个几乎相同的半径。 发散角大约是4urad。 GRaU]Z]ck  
 M²值明显高于1。（与理想高斯光束相比，高M²值是由光束偏离引起的） ?Iq{6O>D.  
) TRUx  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd 5"X@<;H%  
h@o6=d=4  
光束质量优化 7p1B"%  
^AiQNL}  
)P
W|RW  
 通常，使用合适的高斯调制光阑以用于优化M²值。 因此，我们使用测量的半径作为腰束半径（消除发散角）来生成一个高斯光束。 CxSh.$l  
 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）。 ` U-vXP  
@;N(3| n7  
结果：光束质量优化 ;cZp$ xb3  
w'E?L`c  
$cU7)vmK`  
 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。 rm-;Z<  
tGzp=PyA  
e m0 hTxb  
i0J`{PbI  
 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。） v`]y:Ku|wR  
~qIr'?D  
dZI["FeO&d  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd gXM+N(M-  
E+LQyvF[  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 uGm?e]7Hx<  
yqVoedN  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 oZ^,*  
X$6QQnyR  
Y=g]\%-PB  
 这意味着参数变化是的正态 6 jm@`pYbE  
!l Egta[Ql  
|I29m`  
+r9neS.l  
E.+%b;Eqe  
 对于这个例子，假设每个反射镜都有±0.1°的角度偏差（绝对的方向）。 由于这个偏差，整形光束的波前差明显增加。 T7Y}v,+-  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 w=a$]`  
WuFBt=%  
_:WNk(  
3^xq+{\)  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run w7&.Uqjf  
O0s!3hKu  
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） i]L=M 5^C  
]!~?j3-k Q  
>/lB%<$/  
lI+^}-<  
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。 IV1Y+Z )  
%5DM ew  
总结 cza_LO(  
72.Msnn  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 {?2|rv)  
1.模拟 ewHs ]V+U  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 r| )45@  
2.研究 DdUw~n,  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 RA;/ ?l  
3.优化 6}!1a?X  
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。 +."cbqGP_q  
4.分析 8lGM>(:o  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 6-0sBB9=u  
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。