[技术]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） t gI{`jS%  
pKpUXfQu  
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 0jy2H2  
O$_)G\
\\m  
fF7bBE)L/|  
1Q<^8N)pf  
简述案例 UC]\yUK1J  
0i!uUF  
系统详情 oX30VfT  
 光源 ,!#*GZ.ix  
- 强象散VIS激光二极管 2mVD_ s[`  
 元件 QdF5Cwf4  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） vHry&#Pl+  
- 具有高斯振幅调制的光阑 J;.wXS_U8  
 探测器 d3ZdB4L  
- 光线可视化（3D显示） ON=@O  
- 波前差探测 "{@A5A  
- 场分布和相位计算 kMi/>gpQ  
- 光束参数（M2值，发散角） K1 EynU I  
 模拟/设计 9g'LkP  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 g{OwuAC_  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： l;R%= P?'F  
 分析和优化整形光束质量 >3_jWFq  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 P
g,b-W?n*  
oHd FMD@  
系统说明 I&}L*Z?`  
V58wU:li  
U>=Z- T  
模拟和设计结果 *W,]>v0%T  
)h"<\%LU  
数值探测器结果 +ga k#M"n\  
~zCEpU|@N  
]m g)Q:d,  
QM5R`i{r  
-]/I73!b  
总结 PRu 6xsyA  
[Dk=? +  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 Aw$x;3y  
1.模拟 {> eXR?s/  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 rI= v  
2.评估 K28+]qy[  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 (G zb  
3.优化 27 ]':A4_  
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。 [ey:e6,T9  
4.分析 1"zDin!A  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 )97SnCkal  
Dv|#u|iw  
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。 bLlKe50  
K0-ypU*P  
详述案例 "?]{%-u  
ii[F]sR\  
系统参数 .AR#&mL9  
o3Yb7h9  
案例的内容和目标 HG^B#yX  
#pP[xE"Y  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 mg^I=kpk  
sD{Wxv  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。  aC$B2
  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 \|H!~)h$1  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 f,h
 J~  
x'+T/zw  
模拟任务：反射光束整形设置 15%w 8u  
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。 _-q.Q^  
tjIl-IQ  
![`Ay4AZ@a  
f\]sz?KY  
w`4=_J=GO  
Huy5-[)15  
规格：像散激光光束 S=5<^o^h3  
(U&tt]|  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 QKyo`g7  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 }+)fMZz  
.u*0[N  
hBS.a6u1'd  
Ja,w
fRq  
@G8lr  
{K+icTL3  
规格：柱形抛物面反射镜 }Ga\wV  
                         6N!Q:x^4(T  
 有抛物面曲率的圆柱镜 \]</w5 Pi,  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 C`$n[kCJ  
 曲率半径等于焦距的两倍 ^A!Qc=#
z}  
I9/W;# *~  

r"
C  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） 9KDEM gCW  
d:
#yEC  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 F20E_2;@@  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） N*"p|yhd]  
 离轴角决定了截切区域 2Z-ljD&  
?ATOXy  
规格：参数概述（12° x 46°光束） d6'{rje(  
/M|262%  
   0+?7EL~  
q;R],7Re  
光束整形装置的光路图 +fC=UAZ  
<vUbv  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 tQ
8.f  
 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。 4A8;tU$&  
rm5bkJcg~  
反射光束整形系统的3D视图 fa++MNf}3  
4,sJE2"[9  
]^Qn  
9`1O"R/  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 NL!u<6y  
 绿线表示生成的光轴，由VirtualLab的基础定位方法生成（仅仅设置了距离z和倾角）。 o^^rJk  
|%J{RA  
详述案例 nH`Q#ZFz]?  
SOIHePmwK  
模拟和结果 :e_V7t)o  
_kj wFq  
结果：3D系统光线扫描分析 IEXt:  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 kddZZA3`  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 !zkZQ2{Wn  
01}C^iD  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd xfpa
]Z  
@CTgT-0!  
使用参数耦合来设置系统 v16JgycM  
hM;lp1l  
*G{^|z  
自由参数： ~tBYIkvWT  
 反射镜1后y方向的光束半径 /LvRP yj@  
 反射镜2后的光束半径 pk^K:Xs}  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） %5eY'  
 由于功能原理，所有系统参数（距离，焦距，直径）可以由光束参数分析计算。 +wEac g>>E  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 =-8bsV/l  
X.Rb-@  
e4!:c^?  
UaWl6 Y&Vu  
i>D.!x  
lBK}VU^  
;%<,IdhN  
自由参数： ]~aF2LJ_q  
 反射镜1后y方向的光束半径 L;*ljZ^c  
 反射镜2后的光束半径 P0W*C6&71|  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） ^su<uG<R  
 基于光束发散角和直径（x和y方向）焦点，可以计算并设置反射镜的直径和距离z。 >+JqA7K  
n@C[@?D  
tKuVQH~D  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 oXb;w@:  
E7.2T^o;M  
_CmOd-y  
结果：使用GFT+进行光束整形 [<%H>S1  
^lA=* jY(  
(#Wu#F1;  
ZZHDp&lh}  
pi Z[Y 5OE  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 Bwa'`+bC  
Hkwl>R$  
Y0x%sz5  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 v.pBX<  
<,[cQ
I/  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 8n'B6hi  
SZ,YS 4M  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： EdlTdn@A  
N'^&\@)xiU  
q1
Q
L@Ax  
"JlpU-8[0@  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd 6^eV"&+@  
rEB@$C^  
结果：评估光束参数 QR%mj*@Wle  
[R=yF ~-  
jz qyk^X  
 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。 -I&m:A$4*  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M²值感兴趣。 %Z):>
'  
L3@82yPo!  
FFu9&8Y  
 整形光束在x和y方向上显示了一个几乎相同的半径。 发散角大约是4urad。 j@SQ~AS  
 M²值明显高于1。（与理想高斯光束相比，高M²值是由光束偏离引起的） W3MU1gl6k{  
>8k_n  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd gj*+\3KO@a  
E`?3PA8  
光束质量优化 .^h#_[dp  
f33l$pOp  
}+C2
I  
 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。 9%B\/&f  
 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）。 IIn"=g=9  
AaWs}M  
结果：光束质量优化 uTKD 4yig  
P} 0%-JC  
w8U&ls1b  
 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。 |4B:<x  
BT}!W`  
>pp5;h8!  
*7ZN]/VRT  
 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。） X]wRwG  
;c4gv,q@  
e[&L9U6GW-  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd *X+79vG:  
 |8My42yf  
反射镜方向的蒙特卡洛公差  ?zw|kl  
?4q4J8j  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 A Q'J9  
Q9Kve3u-i  
}]lr>"~y}  
 这意味着参数变化是的正态 {q`jDDM  
??M"6k  
ZWc]$H?  
qz0;p=$8Z  
.J)I | '  
 对于这个例子，假设每个反射镜都有±0.1°的角度偏差（绝对的方向）。 由于这个偏差，整形光束的波前差明显增加。 +n{#V;J  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 i}.&0Fp  
y5*Z3"<  
B0dQ@Hq*  
}\\KYyjY  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run 4QvsBpz@  
60J;sGW  
第一个随机公差的典型强度分布：（相应的均方根波前差：1.08λ，40.4λ，140λ） 18+)`M-5o  
`(_s|-$  
E\as@pqo\p  
WtG~('g>&  
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。 >8WP0Qx/  
k1{K*O$e  
总结 _AAaC_q  
8FKXSqhVM  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 [RLN;(0n  
1.模拟 p i %<Sy  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 kEOS{C%6R  
2.研究 mH%yGBp_  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 g;qx">xJ`o  
3.优化 b{L/4bu  
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。 :N4t49i  
4.分析 pWK(z[D  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 mz,  
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。