[技术]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） ,IA0n79  
yX$I<L<Suz  
二极管激光光束使用无色散离轴反射装置进行准直和整形 W)1)zOD  
Yb%H9A  
w3PE.A"Q  
"u Xl  
简述案例 jiYYDGs77  
~KDx  
系统详情 #w*1 !  
 光源 S9<J\`FG  
- 强象散VIS激光二极管 IQMk
:  
 元件 ^HLi1w|  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） ?Bq"9*q  
- 具有高斯振幅调制的光阑 6%JKY
+n^  
 探测器 chQt8Ar3  
- 光线可视化（3D显示） a~Sf~ka  
- 波前差探测 zPe4WE|  
- 场分布和相位计算 NOP~?p  
- 光束参数（M2值，发散角） P.gk'\<k  
 模拟/设计 \OHsCG
27  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 j.uN`cU!  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： ; @ h{-@  
 分析和优化整形光束质量 A5!jrSyv  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 ^uW](2  
!X(Lvt/  
系统说明 l:a+o gm3  
>^Klq`"?g=  
lJi'%bOi  
模拟和设计结果 ZO2u[HSO>  
S5
@/;T  
数值探测器结果 <GF)5QB  
N6c']!aM@  
r42[pi]F  
`)`_G!a  
')5W  
总结 ,ZJI]Q=!  
4))u*c/,  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 qBpv[m  
1.模拟 "6~pTHT  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 ;Z-Cn.  
2.评估 t^&:45~Q  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 qDqIy+WR  
3.优化 0Tp?ED_  
利用一个具有高斯形状孔径函数的光阑和经典场追迹引擎来优化M2参数。 { Y|h;@j$  
4.分析 $G"PZ7  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 ndOPD]A'  
#KXazZu"  
对于复杂的光束整形装置，特别是离轴系统，可以使用VirtualLab来进行高效的模拟和分析。模拟过程中，根据情况应用不同的模拟引擎。 X9/V;!  
r%xp^j}  
详述案例 3Ym5SrKK  
0Q;T <%U  
系统参数 "}\2zub9  
;QR|v  
案例的内容和目标 _R1
UEE3M  
H'<9;bD -  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 'P)xY-15  
j+*VP  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 8!TbJVR  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 BgA\l+  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 ba%[!  
29Kuq;6  
模拟任务：反射光束整形设置 =oluw|TCe7  
引入的反射光束整形装置是基于一个反射镜系统，此系统由两个抛物面圆柱反射镜镜与抛物面截面反射镜组成。焦点距离和镜子的位置取决于输入光束的发散角。 Z"lL=0rY/  
3hmuF6y~  
x&l?Cfvv=  
XU2HWa  
O!d^v9hM,  
8.o[K  
规格：像散激光光束 iEr|?,  
Wv77ef  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 F@ZG| &  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 +=$\7z>s  
Y5-X)f  
nv{ou[vQ  
jn^i4f>N  
9$~D4T  
H5,{Z  
规格：柱形抛物面反射镜 #Q^mdv?  
                         5WO!u:!'  
 有抛物面曲率的圆柱镜 To]WCFp6@  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 [^"e~  
 曲率半径等于焦距的两倍 ZZ!d:1'7  
8<^[xe  
R{#-IH="  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） ZA2y  
3dcZ1Yrn  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 n >xhT r<  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） L^RyJ;^c  
 离轴角决定了截切区域 xE9^4-Px*  
-3wg9uZ&  
规格：参数概述（12° x 46°光束） WN>.+qM~8  
g|"z'_  
   QDBptI:  
5iG|C ~  
光束整形装置的光路图 T>g1! -^  
OMJr.u  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 ? @h  
 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。 `WWf
?g  
xtpD/,2  
反射光束整形系统的3D视图 EQ?4?  
K._1sOw'"Y  
]K XknEaxl  
sFSrMI#R  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 hh+GW*'~  
 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）。 ~i))Zc3,g\  
e Yyl=YW  
详述案例 (niZN_qv  
}mu8fm'  
模拟和结果 rvw1'y  
#xYkG5`lm  
结果：3D系统光线扫描分析 dMRwQejY{7  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 n0!S;HH-  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 #g~~zwx/N  
+8Peh9"  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd A javV

 
Cgq9~U !  
使用参数耦合来设置系统 MAJvjgd..  
CdWGb[uI  
}!n<L:njX  
自由参数： 8y|(]5 'r  
 反射镜1后y方向的光束半径 A<>W^ow  
 反射镜2后的光束半径 O~'1)k>  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） _AVCh)Zb  
 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。 C$ZY=UXz!T  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 8f8+3  
IEC:zmkn  
AuO%F YKY  
xU@Z<d,k  
}pTw$B  
27u$VHwb  
lD/+LyTa  
自由参数： #GWQ]r?  
 反射镜1后y方向的光束半径 <9@VY  
 反射镜2后的光束半径 .rxc"fR4_  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） jLb3{}0  
 基于光束发散角和直径（x和y方向）焦点，可以计算并设置反射镜的直径和距离z。 yMo@ka=v  
fF-V=Zf5  
)h+JX8K)l  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 @M,KA {e  
)}?dYk  
SG43}  
结果：使用GFT+进行光束整形 U$Ew,v<  
hrS/3c'<Z  
8d Ftp3(  
NA0hQGN}  
ghms-.:b8  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 &qe:|M  
b[*di{?-  
<JKPtF2b  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。  ISq^V  
RKjA`cJ  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 55,vmDd  
rbP.N ?YU%  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： %>JqwMK  
\u)s Zh  
f5sk,Z  
t%FS 5  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd 8nZPY)o  

=?FA
9wm  
结果：评估光束参数 D_, 2z  
4Pz9&
^K  
r)7A# 3wId  
 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。 >!a*wf~]  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M²值感兴趣。 N0.-#Qa  
u$a%{46  
9ykmz (  
 整形光束在x和y方向上显示了一个几乎相同的半径。 发散角大约是4urad。 zA+^4/M  
 M²值明显高于1。（与理想高斯光束相比，高M²值是由光束偏离引起的） l@Ml8+  
;dPLi4=o  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd ,l@hhaLm?  
d}WAP m  
光束质量优化 -2Ub'*qK  
@Z|cUHo  
qbT].,?!U  
 通常，使用合适的高斯调制光阑以用于优化M²值。 因此，我们使用测量的半径作为腰束半径（消除发散角）来生成一个高斯光束。 "` 9W"A=  
 之后，将接收场转换成一个透射函数。 将该传输函数用作光阑（在一个透射函数元件中）。 /8
GVu7  
o9Agx{'oV  
结果：光束质量优化 gbSZ- ej  
g(<@r2p  
1;H(   
 由于通过高斯孔径传播，光束显示出理想高斯形状。 因此，M²值在两个方向上几乎都是1。 { >4exyu6  
*[ A%tj%  
'zpj_QM  
<M 7WWtmx  
 然而，光束半径是略有减少。（光束半径显示在最后一张幻灯片是由于其偏离了理想高斯。） ) tsaDG-E  
98V9AOgk  
KU$.m3A>  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd AQ
-PY  
Os[^ch  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 ~j8x"  
_#-(XQa  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 ))k^7g9M`  
rJg!2  
thUs%F.5?  
 这意味着参数变化是的正态 MMcHzRF  
Kh%9Oy  
WE
=`8`Li  
r5rK>  
9i9VDk{  
 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。 '2#O{  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 /Nxy?g|,  
sLB{R#Pt  
Q=>@:1=  
O5e9vQH  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run Jzfzy0$  
LQR9S/?Ld  
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）  \
1|T  
A$%%;O   
~ZL}j+L/  
J *^|ojX  
由于波前差和因此校准的偏差更大，M²值明显增加。可以使用高斯孔径来减少。 {{giSW'  
s8 3_Bd  
总结 r@iGMJx$  
dNbN]gHC  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 C2!POf;GdN  
1.模拟 N?R1;|Z]  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 R$cg\DD  
2.研究 $s?q>Z)  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 2j(w*k q~  
3.优化 i7Y96]  
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。 jh}[7M  
4.分析 #d__  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 ]<{BDXIGIE  
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。