[技术]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） qrkJ:  
Z ItS(oJ.  
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 |*JMCI@Mz  
{(_>A\zi  
m98w0D@Ee  

fa2hQJ02  
简述案例 >"<<hjKJ  
?vg|;Q  
系统详情 -^WW7 g`  
 光源 pe>[Ts`2F  
- 强象散VIS激光二极管 3)_(t.$D  
 元件 fT0+inRG  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） 0xzS9  
- 具有高斯振幅调制的光阑 ~vw$Rnotz  
 探测器 L%31>)8  
- 光线可视化（3D显示） SxW.dT8{  
- 波前差探测 E=RX^ 3+}  
- 场分布和相位计算 Ct9dV7SH  
- 光束参数（M2值，发散角） E#(dri*#t  
 模拟/设计 VdF<#(
X+  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 i?]`9z  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： UY/qI%#L#,  
 分析和优化整形光束质量 F+285JK  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 _g%h:G&^  
wG",Obja  
系统说明 Q=#@g  
Fg^Z g\
X3  
8w9?n3z=}  
模拟和设计结果 s E0ldN"  
f1 Zj:3e  
数值探测器结果 >/9on.  
U%l<48@8  
%d2\4{{S  
gbjql+Mx+  
\ 3FOI  
总结 }= (|3\v  
 y aL
c~K  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 c|(&6(r  
1.模拟 )|IMhB+4  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 QO <.l`F  
2.评估 }<mK79m  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 4j}uVGi{e  
3.优化 CkEbSa<)hK  
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。 1wt(pkNk  
4.分析 ]=jpqxlx  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 &0JCZ/e  
6i'kc3w  
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。 }D*5PV%d  
1D2Yued  
详述案例 u8Oo@xf0Fr  
T}y@ a^#  
系统参数 <BhNmEo)2  
F.@U X
{J  
案例的内容和目标 <S(`e/#[  
k/.a yLq  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 NG\^>.8  
:WAFBK/x  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 [hXnw'Im/  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 g<jgR*TE`  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 q+cx.Rc#  
9
5b65f  
模拟任务：反射光束整形设置 kC=h[<'  
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。 dc%0~Nz  
wSIfqf+y  
aT20FEZ;  
7f#r&~=  
|QxT"`rT  
\Zmn!Gg  
规格：像散激光光束 3p#BEH<re  
0qhSV B5  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 YLFM3IaP  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 MT(G=r8  
f
1TYQ?e  
2qe]1B;  
0mYKzJi  
{5J: ]{p  
rLJjK$_x  
规格：柱形抛物面反射镜 KXbD7N.  
                         pPn
Jf{  
 有抛物面曲率的圆柱镜 o.x<h";  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 #xe-Yw1!  
 曲率半径等于焦距的两倍 @zAav
>  
dXewS_7  
m5KAKpCR,  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） v
&}^8j  
Ry4`Q$=:  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 iqTGh*k  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） m5\/7 VC  
 离轴角决定了截切区域 v]e6CZwo  
x&YcF78  
规格：参数概述（12° x 46°光束） /Lt Lu  
+RN|ZG&  
   I%gDqfdL  
wh)Ujgd  
光束整形装置的光路图 NI33lp$V  
d|RDx;rl8  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 :iVEm9pB)  
 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。 Df_*W"(v  
-wUw)gJbM  
反射光束整形系统的3D视图 C|H/x\?zRv  
,V{Cy`bi  
gRQV)8uh  
CZ.XEMN\  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 #(f- cK  
 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）。 6gN>P%n  
/FW{>N1  
详述案例 Q~S3d  
[r;hF  
模拟和结果 ?VP07 dQTe  
tG}cmK~%  
结果：3D系统光线扫描分析 g@][h_? {  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 VT~jgsY  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 !3T,{:gyrI  
iQj2aK Gs  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd 3Z-N*bhC  
+!9&zYu!  
使用参数耦合来设置系统 `ot<BwxJ  

W^Z#_{  
Bgy?k K2[  
自由参数： h:l4:{A64  
 反射镜1后y方向的光束半径 MTUJsH\  
 反射镜2后的光束半径 :3$-Qv X  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） t$yt8#Tk  
 由于功能原理，所有系统参数（距离，焦距，直径）可以由光束参数分析计算。 NP< {WL#  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 :HTV8;yc  
gW(7jFl  
6i.!C5YX]  
=abBD   
u~VvGLFf5,  
Weu%&u-  
>+8Kl`2sw;  
自由参数： Q\k|pg?  
 反射镜1后y方向的光束半径 !w #x@6yq  
 反射镜2后的光束半径 Y9_
OkcW)  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） s!Y`1h{  
 基于光束发散角和直径（x和y方向）焦点，可以计算并设置反射镜的直径和距离z。 !3 j@gi2  
m#kJ((~  
vh">Z4  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 4kqgZtg.  
6l|,J`G  
xY,W[?3CY  
结果：使用GFT+进行光束整形 Y]-7T-*+t  
[>y0Xf9^  
NiPa-yRh  
Pe<}kS m4  
G"&yE.E5  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 L4?)N&V  
uxsfQ%3`#  
_b(y"+k  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 ~!A*@aC  
HJ+I;OJ  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 pg:1AAhT[  
~+r"%KnG  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： Jx(`.*$  
|wYOO(!  
X \GB:#:X  
yQ{xRtNO  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd n0*a.  
yw3E$~k  
结果：评估光束参数 C%)Xz  
7UzbS,$x  
1O{x9a5Z?O  
 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。 gk.c"$2  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M²值感兴趣。 A0>u9Bn"Qw  
Jfs$VGZP;  
@ a?^2X^  
 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。 j4hi
MI;  
 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） ~=xS\@UY =  
}q~M$  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd 3xU in  
">V.nao  
光束质量优化 RO10$1IW.2  
.tny"a&  
)n&@`>vm  
 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。 @C3
4^\aH+  
 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）。 ?'L3B4  
w?LDaSz\t  
结果：光束质量优化 DL:wiQ  
28N v'  
A^9RGz4=  
 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。 5u=(zg  
]*M-8_D  
E"|LA[o  
2V*<HlqOif  
 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。） 7Y>17=|  

1dgy-$H~  
X$<s@_
#1  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd t
|ih{0  
|_7AN!7j  
反射镜方向的蒙特卡洛公差
(6*CORE   
ygA~d9"  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 Qq.ht  
uIO<
6p)  
+v7mw<6s  
 这意味着参数变化是的正态 F/ODV=J-  
? !dy  
j m]d:=4_  
scsN2#D7U/  
N5SePA\ ,?  
 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。 ^=lh|C\#  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 VW[!%<  
>)&]Ss5J  
^D=1%@l?#  
{H5a.+-(bE  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run tlnU2TT_f  
%}nNwuJ  
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） 1zDat@<H  
(zO)J`z>  
+@ FM~q  
\.`;p  
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。 :U}.  
%)|pUa&  
总结 c8^M::NI  
I)B+h8l72<  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 oVK3=m@{  
1.模拟 R.FC3<TTv  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 `k 5'nnyP  
2.研究 Ob+Rnfx37  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 ^Pq4 n%x  
3.优化 9uNkd2#  
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。 +p%!
G1Yz  
4.分析 !m* YPY31  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 1TagQ  
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。