[技术]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） =,&PD(.  
@ROMHMd}  
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 @Ong+^m|PC  
!qPVC\l  
7UvfXzDNC  
)K.~A&y@  
简述案例 UR6.zE4=_  
<wUDcF  
系统详情 z?`&HU Nf  
 光源 z><=F,W  
- 强象散VIS激光二极管 & .VciSq6  
 元件 22S4q`j  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） }
z6@Z#%q  
- 具有高斯振幅调制的光阑 ^l|{*oj2  
 探测器 H%NIdgo}  
- 光线可视化（3D显示） FI
++A`  
- 波前差探测 K5gh7  
- 场分布和相位计算 @ SaU2  
- 光束参数（M2值，发散角） ?#"rI6  
 模拟/设计 VAf"B5R  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 j+AAhn  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： Gqq%q!k&1  
 分析和优化整形光束质量 XB,  2+  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 (&R/ns~  
e9/:q"*)/  
系统说明 Pn|A>.)z  
Sc'z vlq  
xrDHXqH  
模拟和设计结果 89T xd9X  
-b+VzVJZ  
数值探测器结果 lPyGL-Q  
c}GmS@  
||3%REliC  
)8]O|Z-CU  
f*KNt_|:  
总结 ;Z|X` <6g  
I$!rNfrs  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 `s93P^%  
1.模拟 mn;
;wp  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 p>Dv&fX  
2.评估 _$%.F|:  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 P6'Oe|+'  
3.优化 sFv68Ag+  
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。 <uZ r.X  
4.分析 eMyh&@7(F  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 |?k3I/;  
-;1'{v  
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。
$sK8l=#  
/H.w0fu&.S  
详述案例 "F?p\I)(  
/f_w@TR\{  
系统参数 AsJN~<0h  
"8}p>gS  
案例的内容和目标 R:c$f(aKv%  
U;QTA8|!&  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 ggQ/_F8u  
Q\.~cIw_AQ  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 x"xl3dRu  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 yh0zW $  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 n{sF'n</  
0Oy.&C T  
模拟任务：反射光束整形设置 }jHS  
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。 o %GVg  
2F*spu  
GaV6h|6_  
3z7SK Gy  
Wno{&I63  
xgoG>~F  
规格：像散激光光束 "B`k  
`{w.OK  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 2;h4$^`dt  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 BfZAK0+*$  
}e$^v*16  
tt5t(+5j  
ipzv]c&  
|f5WN&c  
6S]K@C=r  
规格：柱形抛物面反射镜
SOE5`  
                         )CgKZ"  
 有抛物面曲率的圆柱镜 ..jc^'L  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 qw^kA?  
 曲率半径等于焦距的两倍 >YG1sMV-J  
.
\Gl)W  
Ws;S=|9,7~  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） 38ac~1HjE  
matW>D;J  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 co!o+jP  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） r'bctFsD  
 离轴角决定了截切区域 $sF'Sr{)y  
ogD 8qrZ6J  
规格：参数概述（12° x 46°光束） *}fs@"S   
O^|:q  
   {qxFRi#\k  
2gP^+.
 
光束整形装置的光路图 p;8I@~dh  
9*fA:*T  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 r 0mA  
 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。 iczJXA+  
\ a}6NIo  
反射光束整形系统的3D视图 $z1W0  
Ml-GAkgG  
\iN3/J4  
iakqCjV  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 YdgDMd-1  
 绿线表示生成的光轴，由VirtualLab的基础定位方法生成（仅仅设置了距离z和倾角）。 p7SX,kpt>  
^7b[spqE  
详述案例 Sr$&]R]^  
SNLZU%jan  
模拟和结果 qH1k  
Evjvaa^  
结果：3D系统光线扫描分析 Tt^PiaS!  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 Z"ce1cB  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 }G{'Rb  
o`tOnwt
  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd 7E0L-E=.  
n,,hE_  
使用参数耦合来设置系统 4k$i:st;  
[u?*' c{  
D./!/>@f  
自由参数： mBAI";L3  
 反射镜1后y方向的光束半径 vw.rkAGY  
 反射镜2后的光束半径 Kp]\r-5UD>  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） >JSk/]"  
 由于功能原理，所有系统参数（距离，焦距，直径）可以由光束参数分析计算。  5yA1<&z  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 ^4G%*-   
p*'%<3ml  
 !' }  
OEZ`5"j  
DJWm7 t  
O {hM  
rnOg;|u8  
自由参数： T O]wD^`  
 反射镜1后y方向的光束半径 Q4H(JD1f)  
 反射镜2后的光束半径 n0\k(@+k  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） vHydqFi9  
 基于光束发散角和直径（x和y方向）焦点，可以计算并设置反射镜的直径和距离z。 [ClDKswq  
H$@5\pP>  
S]"U(JmW\  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 ,ORwMZtw{H  
H\>0jr`  
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结果：使用GFT+进行光束整形 T'W@fif  
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V(6*wQ`&  
/r8'stRzv  
13JZ\`ceb  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 e>zv+9'Q  
^Rpy5/d  
~[N"Q|D3Y  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 Y^Y1re+}  
}EMds3<  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 ~dtS  
Xn%ty@8  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： ELvP<Ny}  
}G/#Nb)  
Y3
 V9  
0[ BPmO6  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd sC}p_'L  
TXWYQ~]3w  
结果：评估光束参数 swTur  
o9XT_!Cwg  
F ]x2
;N  
 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。 hI#1Ybl  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M²值感兴趣。 <i$ud&D  
qlU"v)Mx  
{CaTu5\  
 整形光束在x和y方向上显示了一个几乎相同的半径。 发散角大约是4urad。 L,/(^0;  
 M²值明显高于1。（与理想高斯光束相比，高M²值是由光束偏离引起的） ,_
iR  
RxB9c(s^@  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd e[($rsx  
J1\H^gyW)  
光束质量优化 C f(g  
Chs#}=gzi  
u}0U!
 
 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。 /\wm/Yx?S  
 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）。 +EOd9.X\~  
IQ]tcSQl  
结果：光束质量优化 3;'RF#VL  
lh]Q\  
v;ZIqn"  
 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。 8WP
|cF]  
8q/3}AnI  
.l:x!  
~gi,ky^!  
 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。） 4Q?3gA1  
YVW`|'7)|  
&a9Y4~e::  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd 7i##g,  
*=)kR7,]9d  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 XIRvIwO  
[rO TWN  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 U?e.)G  
DlF6tcoI  
HxnWM\p  
 这意味着参数变化是的正态 '\wZKYVN  
',l}$]y5  
&57s//PrX  
k.6gX<T  
\1f&D!F]b  
 对于这个例子，假设每个反射镜都有±0.1°的角度偏差（绝对的方向）。 由于这个偏差，整形光束的波前差明显增加。 2S@aG%-)  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 &fRZaq'2R  
EHlkt,h*  
V+>.Gf  
p->b Vt  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run ;hZ^zL  
9>!B .Z?!#  
第一个随机公差的典型强度分布：（相应的均方根波前差：1.08λ，40.4λ，140λ） 2od9Q=v~  
egn9O  
O <#H5/Tq  
&<$YR~g5j$  
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。 3cB=9Y{<  
e"^n^_9  
总结 w(cl,W/w  
bPMkBm  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 %$ ^eY'-'  
1.模拟 X775j"<d  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 U6Xi-@XP  
2.研究 A[8vD</}_  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 3aERfIJyE  
3.优化 7T/hmVi_  
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。 Z_WJgH2c  
4.分析 ]S0sjN  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 t_NnQ4)
=  
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。