[技术]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） Mq6"7L  
fLPB *y6  
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
R_(A&,  
xH*OEzN  
&L+u]&!6C  
GXa-g-d  
简述案例 *-gS u  
m,Os$>{Ok  
系统详情 4,FuQ}  
 光源 <Y9ps`{}:  
- 强象散VIS激光二极管 ]W]Vkkg]  
 元件 fU$zG"a_  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） N=-hXgX^  
- 具有高斯振幅调制的光阑 MB:E/  
 探测器 \u:xDS
(  
- 光线可视化（3D显示） N!$y`nwiw'  
- 波前差探测 670g|&v.  
- 场分布和相位计算 YW}1Mf=_  
- 光束参数（M2值，发散角） % &{>oEQ  
 模拟/设计 O /aC%%  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 NNSn]LP  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： nB"q   
 分析和优化整形光束质量 +d]}  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 fokOjTE  
@yqy$I
  
系统说明 ;PGC9v%i  
}hEBX:-  
<#LH
L  
模拟和设计结果 61b,+'-  
3,W2CN}  
数值探测器结果 YtE V8w_$  
,~%Qu~\  
rB)m{)  
@UE0.R<  
6D@tCmmq  
总结 -Z)$].~|t  
3]M YHb  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 &KX|gB'  
1.模拟 {SJ=|L6  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 K-(,,wS  
2.评估 0

X~Dxs  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 'BcxKqC  
3.优化 |l`X]dsfQ  
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。 p~DlZk"  
4.分析 a|  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 Y?R;Y:u3Z  
^s_E|~U  
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。 mRxL%!  
L*11hy
yk  
详述案例 k-Le)8+b  
s=u0M;A0Q  
系统参数 ^7vhize  
#c./<<P5}  
案例的内容和目标 \bZbz/+D  
l3)
(aay!  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 kT[]^Jtc  
i=#r JK=  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 `LVXK|m+$  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 0`3ey*  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 to(OVg7_  
Oh5(8.<y  
模拟任务：反射光束整形设置 yAi#Y3!::  
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。 I7hPE7V+1  
!D7[R'RgY  
=3^YKI  
[`yiD
>  
&:nWZ!D  
Hvnak{5  
规格：像散激光光束 Yono8M;9*  
^-f5;B`\i  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 gPd:>$  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 6JSa:Q>,  
Xa Yx avq  
tQF7{F-}  
NGd|7S[^+c  
-!I.:97 N  
-$.$6"]  
规格：柱形抛物面反射镜 OHR9u  
                         f]0kG  
 有抛物面曲率的圆柱镜 ?A
8Uf=  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 0v,DQJ?w8  
 曲率半径等于焦距的两倍 I`5F&8J{  
o`DBz
C  
vpMNulXb,  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） 3|[:8  
nsaf6y&E  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 '_4u, \SG  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） `i9WnPRt  
 离轴角决定了截切区域 SrN0f0  
Iu
[^"  
规格：参数概述（12° x 46°光束） XaR(
q
2s  
.Xg%><{~  
   aEy_H-6f  
/?9e{,\s  
光束整形装置的光路图 |*Z'WUv  
X:j&+d2g0/  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 Yu9Ccj`  
 因为离轴抛物面镜的位置是相对于它的焦点，那么到反射镜2的距离z必须是负的。 F<Z"W}I+6  
dWg$yH  
反射光束整形系统的3D视图 h%E25in  
B>o#eW  
?F(t`0=  
dGQy=T:  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 4TGg`$e;  
 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）。 V.1sb pI  
wAVO%8u  
详述案例 pE^LQi  
5u~Ik c~  
模拟和结果 [ }jSx]  
''?.6r  
结果：3D系统光线扫描分析 -XPGl  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 {S~2m2up0L  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 $QNfy.6Tn  
jO3Q@N0_  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd ZZ]/9oiF%  
FnvN 4h{S  
使用参数耦合来设置系统 TJ?}5h5  
ucJR #14  
n`vqCO7@'  
自由参数： F2z^7n.S  
 反射镜1后y方向的光束半径 ky#<\
K1}'  
 反射镜2后的光束半径 /+JCi6{sHS  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） U11rj,7  
 由于功能原理，所有系统参数（距离，焦距，直径）可以由光束参数分析计算。 %vxd($Ti"  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 v$+G_@  
  
l1
gAm#  
O<L/m[]  
TG{=~2  
N9
5"dNZE  
*h@nAB\3  
自由参数： \^|ncu:T  
 反射镜1后y方向的光束半径 .NQoqXR  
 反射镜2后的光束半径 jcXb@FE6  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） H+zQz8zMC  
 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。 &{Uaa  
bxrByu~|1  
z*zLK[t+  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 [9[tn-  
kYPowM  
jM2gu~  
结果：使用GFT+进行光束整形 S4~^HvMG[Y  
>+#TsX{  

&XrF#s  
dAym)  
`S;pn+5  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 o"7,CQye  
n." j0kc7=  
h,TDNR<1L  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 {7Dc(gNS  
OWtN=Gk  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 ~qFi0<-M  
gAv?\9=a)W  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： ]2h~Db=  
"%,zB_ng\<  
#/\FB'zC  
*5*d8;@>  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd V9B $_j4  
2=["jP!B  
结果：评估光束参数 Ev*HH+:b>  
T(J&v|FK  
"84.qgYaG  
 从生成的整形光束场分布，可以评估光束参数。 可以直接通过使用探测器界面实现。 _4[kg)#+  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M²值感兴趣。 &&_
W,id`  
MbYa6jrF  
FIC 2)  
 整形光束在x和y方向上显示了一个几乎相同的半径。 发散角大约是4urad。
rh$%*l  
 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） VdVca1Z  
\-V  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd Pg*ZQE[ME8  
Xa9G;J$  
光束质量优化 .!
nFy`  
zcIZJVYA  
5#QB&A>  
 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。 -bZ^A~<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）。 VNXB7#ry  
L|!9%X0.  
结果：光束质量优化 (Q#A Br8  
',J3^h!b  
0DS<
(  
 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。 ;M@/AAZ  
L.+5`&  
T3'dfeU  
zzq/%jki  
 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。） 7v%~^l7:x  
G78rpp  
N9,n/t  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd 6`X#<#_&  
)|Y"^K%Jm  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 LL kAA?P  
(MJu3t @  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 iwrdZLE  
E*rDwTd  
pX6OhwkTK  
 这意味着参数变化是的正态 tao3Xr^?  
>MiA|N=  
rpDH>Hzq  
mP3:Fc_G  
u)
fbR  
 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。 w;>]L.n  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 YBHmd  
4y%N(^  
f8'&(-  
8c]\4iau  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run @f{)]I +f  
%DzS~5$G  
第一个随机公差的典型强度分布：（相应的均方根波前差：1.08λ，40.4λ，140λ） h1JG^w$ 5  
"o=h /q5&  
PJh\U1Z  
O{SU
,"!y  
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。 +w GE  
ZaXK=%
z  
总结 tEBf2|<  
.:_dS=ut  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。  :jB(!XH  
1.模拟 R
OQk^  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 Xo{Ce%L  
2.研究 f,`FbT  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 L=zeFn  
3.优化 Y:*mAv;&  
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。 VY~WkSi[<  
4.分析 6Y\9h)1Jo  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 1cOp"!  
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。