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    [技术]反射光束整形系统 [复制链接]

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    离线infotek
    科学家
     
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    只看楼主 正序阅读 楼主  发表于: 2023-03-30
    光束传输系统（BDS.0005 v1.0） eb7UoZw  
    @_uFX!;  
    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 u dUXc6U  
    a5I%RY  
     lzI/\%  
    ^B6`e^ <  
    简述案例     wJr/FE 7c  
    C0f[eA  
    系统详情 L]a|vp  
    光源 L`JY4JM"  
    - 强象散VIS激光二极管 0Sz/c+ 6  
     元件 tpd|y|  
    - 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） T)O]:v  
    - 具有高斯振幅调制的光阑 uyvskz\  
     探测器 aEZJNWv  
    - 光线可视化（3D显示） _BCT.ual  
    - 波前差探测 PKATw>zg<  
    - 场分布和相位计算 5\5~L  
    - 光束参数（M2值，发散角） hAYQ6g$A  
     模拟/设计 s~#?9vW  
    - 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 V?o&])?[  
    - 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： $&NbLjeS  
     分析和优化整形光束质量 hXBqz9  
     元件方向的蒙特卡洛公差分析 {bxhH)a'  
    H.f9d.<W%  
    系统说明 M`q#,Y?3^I  
    6l=M;B7:i  
    OHQ3+WJ  
    模拟和设计结果 )8\Z=uC  
    M!{Rq1M  
    jeyaT^F(   
    场（强度）分布                                   优化后
    数值探测器结果 Z|f^nH#-C  
    X{4xm,B/  
    _GRv   
     b<48#Qy~l  
    #0xm3rFy4  
    总结 s' _$j$1  
     mn,=V[f  
    实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 xU:PhhS  
    1.模拟 I(F1S,7  
    使用光线追迹验证反射光束整形装置。 `<bCq\+`  
    2.评估 vBV"i9n   
    应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 ?m`R%>X"  
    3.优化 %Tk}sfx  
    利用一个具有高斯形状孔径函数的光阑和经典场追迹引擎来优化M2参数。 5Xla_@WLW  
    4.分析 zX006{vig  
    通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 r(748Qc4f?  
    K1CMLX]m  
    对于复杂的光束整形装置，特别是离轴系统，可以使用VirtualLab来进行高效的模拟和分析。模拟过程中，根据情况应用不同的模拟引擎。 R?i-"JhW  
    <$Xn:B<H  
    详述案例 ntd ":BKi  
     #IcT @(  
    系统参数 >0[qi1  
    ^2P;CAjj-  
    案例的内容和目标 9$}+-Z  
     >7eu'  
    在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 Qq6%53  
    .f[\G*   
    im_0ur&'  
     目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 \["1N-q b  
     之后，研究并优化整形光束的质量。 B]CS2LEqh  
     另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 r5<e}t-  
    ;L MEU_  
    模拟任务：反射光束整形设置 .l" _ K  
    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。 LK oM\g(  
     Xb8:*Y1'  
    t2`X!`  
    P<g|y4h  
    R;N>#_9HU  
    j.e`ip  
    规格：像散激光光束 S<)RVm,!e  
    X,Q 6  
     由激光二极管发出的强像散高斯光束 (W{rv6cq  
     忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 INeWi=1  
     @vDgpb@TM  
    8=b{'s^^F  
    gGceK^#  
     >(YPkmH  
    &)/H?S;yN  
    规格：柱形抛物面反射镜     \^^hG5f  
                             co(fGp#!  
     有抛物面曲率的圆柱镜 xw/h~:NT  
     应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 O=9VX  
     曲率半径等于焦距的两倍 l)2HHu<  
    jn#N7%{Mk  
    } r\SP3  
    规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） N:sECGS,  
    <yb=!  
     对称抛物面镜区域用于光束的准直 [0%Gu 5_\  
     从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） D[FfJcV'$  
     离轴角决定了截切区域 cnjj) c  
    [M zc^I&  
      
    规格：参数概述（12° x 46°光束） OM#OPB rB  
    tkUW)ScJ  
       faKrSmE!  
    2e D\_IW  
    光束整形装置的光路图 a#~Z5>{  
    :)3$&QdHT  
    IQIb\OUo!v  
     由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 1\7"I-  
     因为离轴抛物面镜的位置是相对于它的焦点，那么到反射镜2的距离z必须是负的。 j)SgB7Q  
    |] f"j':  
    反射光束整形系统的3D视图 Ozh^Q$>u  
    <8xP-(wk;  
     eG2qOq$[  
    K:Xrfn{s  
    光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 }Rf :DmPE  
     绿线表示生成的光轴，由VirtualLab的基础定位方法生成（仅仅设置了距离z和倾角）。 He$mu=$q{  
    O (sFs1  
    详述案例 [laL6  
    ezNE9g  
    模拟和结果 8b#Yd  
    C">=2OO  
    结果：3D系统光线扫描分析 /Vj byRwV  
     首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 U*Q5ff7M6"  
     使用光线追迹系统分析仪进行分析。 wx?{|  
    8aIf{(/k  
    file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd >+c`GpZH  
    @_weMz8}  
    使用参数耦合来设置系统 ,LW%'tQ~"  
    K Lv  
    3YNkT"~T  
    自由参数： 4 d1Y\  
     反射镜1后y方向的光束半径 K+TTYQ  
     反射镜2后的光束半径 zR/p}Wu|!  
     视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） NByN}e  
     由于功能原理，所有系统参数（距离，焦距，直径）可以由光束参数分析计算。 %A[p!U  
     对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 2g07wJ6x  
     dvdBRrf  
    GLcZ=6)"'  
     f"=4,  
    n N]vu  
    eVK<%r=  
     YKS'#F2  
    自由参数： D+U/]sW  
     反射镜1后y方向的光束半径 y:``|*+  
     反射镜2后的光束半径 'krMVC-  
     视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） J5_ qqD)  
     基于光束发散角和直径（x和y方向）焦点，可以计算并设置反射镜的直径和距离z。 LB ^^e"  
    })u}PQ  
    dfk TDG+  
     如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 ~q%9zO'  
    ).`a-Pv  
    F vk: c-  
    结果：使用GFT+进行光束整形 (7#lN  
    <TROs!x$a  
     O,,n  
    *UxB`iA  
    GB0b|9(6D"  
     现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 3g "xm  
    9@EnmtR  
    _"Ke=v_5  
     由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 nv[Sb%/  
    /!uBk3x:  
     不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 I;4CvoT  
    9}Ave:X^  
     产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： n&78~@H  
    _89G2)U=C  
    $u.T1v  
    : MmXH&yR  
    file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd t-'GRme  
     /lok3J:  
    结果：评估光束参数 $I]x &cF  
    \ ozy_s[  
    p00Bgo  
     从生成的整形光束场分布，可以评估光束参数。 可以直接通过使用探测器界面实现。 U8Jj(]},_  
     在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M²值感兴趣。 tU2;Wb!Y  
    y#0Z[[I0  
    @I.O T  
     整形光束在x和y方向上显示了一个几乎相同的半径。 发散角大约是4urad。 aC]l({-0  
     M²值明显高于1。（与理想高斯光束相比，高M²值是由光束偏离引起的） !! #ale&  
    F+9`G[  
    file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd <%f%e4 [  
    eQIi}\`  
    光束质量优化 Kqu7DZ+W  
    0A 4|  
    9)hC,)5  
     通常，使用合适的高斯调制光阑以用于优化M²值。 因此，我们使用测量的半径作为腰束半径（消除发散角）来生成一个高斯光束。 Ntrn("!  
     之后，将接收场转换成一个透射函数。 将该传输函数用作光阑（在一个透射函数元件中）。
    jCv+m7Z  
    H#` ?toS  
    结果：光束质量优化 J+|V[E<x  
    Ym2m1  
    iDxgAV f*  
     由于通过高斯孔径传播，光束显示出理想高斯形状。 因此，M²值在两个方向上几乎都是1。 m D q,,  
    | N,nt@~  
    L6 # d  
    sjkl? _  
     然而，光束半径是略有减少。（光束半径显示在最后一张幻灯片是由于其偏离了理想高斯。） P[oB'  
    DNO%J^  
    phSP+/w  
    file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd oh~Dbu=%  
    jC8BLyGE_  
    反射镜方向的蒙特卡洛公差 xT>V ;aa\  
    bFXCaD!{G  
     对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 Di=6.gm[<  
    TrA Uu`?#  
    y>1 8)8  
     这意味着参数变化是的正态 n_2 LkW<?  
    0evZg@JP`  
    >Cc$ P  
    .8~ x;P6  
    9 9-\cQv  
     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。 39e oL;O_  
    这意味着，波前对对齐误差很敏感。 4"=pcHNV  
    B ~GyS"  
    4D$E  
    Vi-@z;k  
    file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run 8Qy |;T}  
    <[~M|OL9q,  
    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） <O&s 'A[  
    { ,srj['RS  
    zg"ZXZ  
    G;+ 0V0K  
    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。 [%q":Ig  
    z05pVe/5  
    总结 q[g^[~WM#  
    YJ`>&AJ  
    实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 qQryv_QP  
    1.模拟 2US8<sq+  
    通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 l6O(+*6Us  
    2.研究 <C(2(3  
    为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 r]{:{Z  
    3.优化 ;pq4El_  
    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。 o*VQH`G*|g  
    4.分析 ]F! ,Jx  
    通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 Rk^&ras_  
    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。
     
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