[技术]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） ,sM>{NK9R  
\[-z4Fxg|'  
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 jv"^_1  
 `#m>3  
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Fe4QWB6\U  
简述案例 T}?vp~./   
2WA =U]  
系统详情 wR"4slY_%  
 光源 E rf$WPA  
- 强象散VIS激光二极管 " -Ie  
 元件 ic"n*SZa  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） 7jb{E+DrG  
- 具有高斯振幅调制的光阑 h%hE$2
 
 探测器 
;T|y^D  
- 光线可视化（3D显示） 8Jz/'  
- 波前差探测 ]wMp`}$b@L  
- 场分布和相位计算 pY3N7&m\:  
- 光束参数（M2值，发散角） QSn%~o05  
 模拟/设计 9}4EW4  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 xELnik_L2  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： `q ;79t  
 分析和优化整形光束质量 +Oae3VFf;  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 H3#xBn>9  
&zCqF
=/9U  
系统说明 r "^{?0  
[ imC21U  
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模拟和设计结果 !f(aWrw7e6  
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数值探测器结果 OFJ T  
[_3Rhp:  
=jik33QV<  
qM`XF32A$  
a<.7q1F  
总结 `0r=ND5.  
C +-<  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 BO5g
wvyI  
1.模拟 G-U%  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 +[ _)i9a  
2.评估 2$D *~~  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 Dm@wTt8N(  
3.优化 *&j)"hX  
利用一个具有高斯形状孔径函数的光阑和经典场追迹引擎来优化M2参数。 ~&/|J)}  
4.分析 3:$hC8  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 _v=@MOI/J  
w8t,?dY
 
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。 Z=O2tR  
~P*t_cpZ  
详述案例 VV(>e@Bc4  
2a;
vLc4  
系统参数 DPfP)J:~  
\?,'i/c-  
案例的内容和目标 UarU.~Uqi  
<v?9:}  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 XpzdvR1  
bQ-5uFe~$B  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 $+IE`(Ckf  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 ]E66'  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 hFw\uETu  
,jBd3GdlZ  
模拟任务：反射光束整形设置 w5l:^^zF(  
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。 2,nKbE9*  
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EXDtVa Ot  
"(}xIsy  
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e~r%8.Wm  
规格：像散激光光束 ce{GpmW  
,P^pDrc  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 $Yt29AQ  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 #Zpp*S55  
2}u hPW+  
&\][:kG;  
{&G7 Xa  
f>JuxX\G  
dtQ>4C"N  
规格：柱形抛物面反射镜 |U?5% L  
                         8uoFV=bj\  
 有抛物面曲率的圆柱镜 3Ak,M-Jp  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 L0SeG:  
 曲率半径等于焦距的两倍 ]RmQ*F-  
E%\iNU!  
?7@Y=7BS4  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） XM3N>OR.  
B^Q\l!r
  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 P}o:WI4.cB  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） euM7> $`  
 离轴角决定了截切区域 o)KF+[^  
(y
E?)s  
规格：参数概述（12° x 46°光束）
F\+
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^gWX  
   cbl@V 1  
`G\uTCpk  
光束整形装置的光路图 nBL7LocvR  
~oI7T
P  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 ^Sx0t  
 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。 gd[jYej'RP  
C>Qgd9  
反射光束整形系统的3D视图 cj-P&D[Ny[  
|@={:gRJ{x  
,+P!R0PNH  
I,vy__sZ  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 )JE;#m0q  
 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）。 DW@PPvfs  
3q  
详述案例 jcQ{,9 H`l  
`pzp(\lc  
模拟和结果 aQwcPy|1R  
_n_lO8mK  
结果：3D系统光线扫描分析 qSj2=dlW  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 %\=5,9A\  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 aT[Z#Zd, N  
T F&xiL^  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd CfQOG7e@  
]y@8mb&  
使用参数耦合来设置系统 Ol:&cX3G  
bCg {z b#  
aOfL
;I  
自由参数： oC>e'_6_b  
 反射镜1后y方向的光束半径 Z5;1ySn{  
 反射镜2后的光束半径 VYkOJAEBg  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） /HgdTyR)  
 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。 {bL6%._C  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 j]}A"8=1  

:Ts"f*  
w"$CV@AJ  

Y$!K<c k  
;!&A  
p!>FPS  
V0z.w:-  
自由参数： Qn(e[ C6\  
 反射镜1后y方向的光束半径 ;rJR+wpNa  
 反射镜2后的光束半径 fLL_{o0T  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） \%=\_"^?  
 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。 MPA<?  
$'dJ+@  
:}TT1@  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 bgGd  
$[5ihV$u  
KOGbC`TN<  
结果：使用GFT+进行光束整形 4.7OX&L'G  
"DM$FRI0  
&Qy_= -]  
5Tluxt71  
:pcKww|V  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 G`PSb<h\oc  
4%~$A`7  
dG}fpQ3&  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 7(^<Z5@  
9+U%k(9  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 1@RctI_}  
+Sv`23G@  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： qlD+[`=b  
)`yxJ;O@$  
} WY7!Y  
*O,\/aQ+  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd KB <n
-'  
|1X^@  
结果：评估光束参数 6tB-  
dQ@e+u5  
&e@2zfl7  
 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。 bVSa}&*kM  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M²值感兴趣。 1u75  
J/8aDr(+  
)Xg,;^  
 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。 /lkIbmV  
 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） tiSN amvG1  
}"wWSPD  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd 7g}4gX's  
,Y=r] fk  
光束质量优化 OJ\IdUZ  
a{^[<  
T5.1qrL  
 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。 _%w-y(Sqn  
 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）。 KL,=Z&.<=  
>|WNsjkU%  
结果：光束质量优化 RoSh|$JF  
v>YdPQky  
7'Y 3T[  
 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。 n(l!T 7  
BusD}9
QqB  
VlRN  
zg+78  
 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。） csz/[*  
/cF 6{0XS9  
zm) ]cq
 
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd ]?S\
So+  
J?Brnf.  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 uS<7X7|!0  
m619bzFlB  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 @B %m,Mx  
]N_(M   
~Wjm"|c  
 这意味着参数变化是的正态 @'j=oTT  
DZ5%-  
1%Xwk2l,8b  
:TJv<NZi'  
0? (  
 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。 uQazUFw  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 ty[bIaQi  
'; ,DgR;'  
/:d03N\9k  
35B G&;C  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run $'*@g1vY  
Gf\Dc  
第一个随机公差的典型强度分布：（相应的均方根波前差：1.08λ，40.4λ，140λ） cP%mkh_ri  
%l%5Q;t  
S.rlF1`  
ojU:RRr4l$  
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。 "- S2${  
}Iz'#I Xx  
总结 y`wTw/5N  
]J+}WR  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 LHU^%;L  
1.模拟 $r)+7i  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 Q*}#?g  
2.研究 87P{vf#  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 Y~EKMowI&e  
3.优化 VXXo\LQUU  
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。 jOj`S%7  
4.分析 Yh)yp?  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 $Nvt:X_  
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。