[技术]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） sD2 ^_w6j  
=Ci13< KQ  
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 )Lb72;!?  
)`<6taKx@n  
82|q7*M*.  
9<v}LeX  
简述案例 ^PC\E}  
>{QdMn  
系统详情 ;|6FdU  
 光源 ` VwN!B:  
- 强象散VIS激光二极管 ~Zmi(Ra  
 元件 W<Z$YWr  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） <PioQ>~  
- 具有高斯振幅调制的光阑 O4E(R?wd  
 探测器 =5Wp
&SM6  
- 光线可视化（3D显示） _jmkl B  
- 波前差探测 PPj[;(A  
- 场分布和相位计算 XCm\z9F  
- 光束参数（M2值，发散角） )tD6=Iz^5  
 模拟/设计 k}zd' /b  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 ]26m
B  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）：  ,gmH2.  
 分析和优化整形光束质量 ZBJ3VK  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 +0"x|$f~  
6-]h5L]  
系统说明 \?&Au  
_f3 WRyN0  
.=XD)>$  
模拟和设计结果 m?;$;x~Dj  
l E^*t`+  
数值探测器结果 8;#AO8+U7)  
}lP5GT2  
`(DJs-xD  
M
3(k'q7&:  
iCrxV{   
总结 gvyT-XI  
=IHje;s  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 "- eZZEl(  
1.模拟 J#aVo&.Y  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 `f)(Y1%.  
2.评估 @B`Md3$7
 
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 O?ktWHUx  
3.优化 xU}M;4kH~  
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。 PLdn#S}.  
4.分析 .Xd0 Q=1h  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 <m-.aK{9  
{DBIonY];  
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。 zOGR+Gq_Z  
I:$"E% >=  
详述案例 ai;\@$ cq  
Bo r7]#  
系统参数 'RTtE  
gyu6YD8L  
案例的内容和目标 %8FN0  
n?E}b$6  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 o\6iq  
Hwu4:^OL|  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 !>g:Si"  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 4tJa-7  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 lS9n@  
_x %1F  
模拟任务：反射光束整形设置 fKkjn4&W  
引入的反射光束整形装置是基于一个反射镜系统，此系统由两个抛物面圆柱反射镜镜与抛物面截面反射镜组成。焦点距离和镜子的位置取决于输入光束的发散角。 g`?:=G:a*  
>n$!<  
`# ^0cW  
<z)E(J\  
=~|:t&v=c  
GAl+Zg##  
规格：像散激光光束 m,tXE%l  
vVVPw?Ww-  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 li/aN  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 g.C5r]=+&  
n?QZFeI`  
{#hVD4$b  
y0IK,W'&?  
?[TW<Yx  
J@#?@0]F  
规格：柱形抛物面反射镜 h-XY4gq/  
                         '%7 Bxof  
 有抛物面曲率的圆柱镜 }ugxN0  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 $
p$
dKH  
 曲率半径等于焦距的两倍 "J19*<~  
3S"] u}  
5PiOH"!19  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） Iti0qnBN5  
JYmAn?o-  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 8ws$k\>  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） <nzN$"%  
 离轴角决定了截切区域 8<dOMp;}r  
\b8\Ug~t  
规格：参数概述（12° x 46°光束） ~`cwG` 'N  
Z4q~@|+%  
   |b.z*G  
!Q%P%P<$  
光束整形装置的光路图 l-O$m  
q=5l4|1  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 K1q+~4>\|  
 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。 !1Y&Y@ze  
;L"!I3dM)  
反射光束整形系统的3D视图 vq'k|_Qi=  
9 [Y-M  
w1^QD^KnH  
Q!'qC*Gyfn  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 E4oz|2!m  
 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）。 WlVl[/qt  
%s=Dj2+  
详述案例 R[Fn0fnLx  
7+,vTsCd  
模拟和结果 cy3Td28,  
6NLW(?]  
结果：3D系统光线扫描分析 `!4,jd  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 m5c&&v6%"b  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 hv)8K'u
 
"Ij
I'c  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd %,V YiW0  
)N!>=  
使用参数耦合来设置系统 v}(6 <wnnS  
&xd.Qi2  
Oe!6){OG)  
自由参数： <iLM{@lZvJ  
 反射镜1后y方向的光束半径 ^4>k%d  
 反射镜2后的光束半径 X
@wm1{!  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） {E_{JB~`  
 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。 <z)m%*lvU  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 ERMa# L  
>)nS2bOE  
)}lRd#V  
iz^qR={bW  
OM83S|1s  
MDa7 B +4  
t%VDRZo7  
自由参数： 4`v!Z#e/aX  
 反射镜1后y方向的光束半径 S33j?+
Vs  
 反射镜2后的光束半径 TpfZ>d2  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） A#@_V'a8  
 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。 #?O&  
_S?qDG{E|  
m
.Lij!0  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 W[''Cc.  
y0bq;(~X~  
" {dek  
结果：使用GFT+进行光束整形 pHE}ytcT  
?;ukvD  
X"asfA[6K  
v1G"3fy
9  
cWAtju?L;  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 /%rq hHs  
sp9W?IJ 6c  
a>m
Mvc"  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 ^V*-1r1  
<v 0*]NiX  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 ]c)_&{:V  
f{#j6wZM  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： 4\ot
q%Y  
-1|iz2^N  
n| !@1sd  
D1s4`V -  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd G'z{b$?/[  
95W?{> @  
结果：评估光束参数 {MdLX.ycc)  
 UL@9W6  
A=5epsB  
 从生成的整形光束场分布，可以评估光束参数。 可以直接通过使用探测器界面实现。 _banp0ywS  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M²值感兴趣。 (7FW9X;  
Rf-
[svA  
d(`AXyw  
 整形光束在x和y方向上显示了一个几乎相同的半径。 发散角大约是4urad。 xw^.bz|  
 M²值明显高于1。（与理想高斯光束相比，高M²值是由光束偏离引起的） d@C&+#QDF  
p,g1eb|E  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd q%>'4_  
siD
h="{s  
光束质量优化 ^eYqll/U  
fl\aqtF  
FyoEQ%.bI  
 通常，使用合适的高斯调制光阑以用于优化M²值。 因此，我们使用测量的半径作为腰束半径（消除发散角）来生成一个高斯光束。 #V02
hs1  
 之后，将接收场转换成一个透射函数。 将该传输函数用作光阑（在一个透射函数元件中）。 SlLw{Yb7\.  
`Hx
~UH)  
结果：光束质量优化 BI?@1q}:  
#L}+H!Myh  
?|{XZQ~  
 由于通过高斯孔径传播，光束显示出理想高斯形状。 因此，M²值在两个方向上几乎都是1。 .9[45][FK  
-D^A:}$  
Q:C$&-$  
2L_6x<u'  
 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。） RZpcXv  
G.'+-v=\]  
iZ3W"Vd`b  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd Qcjc,  
\'CN  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 e(F42;$$  
KfCoe[Vv  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 $2DuB  
\qvaE+  
y;?ie]3G  
 这意味着参数变化是的正态 }{9&:!uA  
P|2E2=G  
gkBdR +  
pCpb;<JG  
EVX{ 7%  
 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。 Xb !MaNm)  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 MF3b{|Z  
d%I"/8-J  
d
m"n%  
K-<^$VWh  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run "jecsqCgK0  
plu$h-$d  
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） !J*,)kRN  
dUgrKDNyA  
8E&XbqP+  
6J~12TU,  
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。 !}\4utHY  
GBFw+v/|4  
总结 b96%")  
to8X=80-3  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 >3:?)  
1.模拟 e}@)z3Q<l  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 xR"M*%{@0  
2.研究 ri C[lB  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 { 74mf'IW  
3.优化 vQF vtwd  
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。 lT\a2.E  
4.分析 kVI#(uO  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 "M|P+A  
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。