[技术]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） 2F
[ q
).  
xH4m|  
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 _>?\DgjH  
8qoMo7-f  
Mc lkEfn  
'd0~!w  
简述案例 d2FswF$C  
{L971W_L  
系统详情 :]K4KFM  
 光源 >-?f0K  
- 强象散VIS激光二极管 c2SO3g\"i  
 元件 D_2:k'4  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） :9afg  
- 具有高斯振幅调制的光阑 rw[ph[\X  
 探测器 W ~<^L\Lu  
- 光线可视化（3D显示） $GV7o{"&  
- 波前差探测 Yu/ID!`Z  
- 场分布和相位计算 [|wZ77\  
- 光束参数（M2值，发散角） Y>z>11yEB0  
 模拟/设计 r+!YIk  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 wVXS%4|v  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： &A/]pi-\  
 分析和优化整形光束质量 8LJ8 }%*  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 *tFHM &a  
G&SB-  
系统说明 T wB}l  
Eh`7X=Z7E  
9)yJ: N#F  
模拟和设计结果 .#!lP/.eQP  
<V'@ks%  
数值探测器结果 5<k"K^0QS  
_{O>v\u  
yF:1( 4  
jdP2Pf^^  
X #dmo/L8  
总结 OKZV{Gja  
TprTWod2]t  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 tIi&;tw]  
1.模拟 eeg)N1\  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 R-wp9^  
2.评估 iU918!!N  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 lBE=(A`  
3.优化 ^0)g/`H^>  
利用一个具有高斯形状孔径函数的光阑和经典场追迹引擎来优化M2参数。 )}R0Y=e  
4.分析 %`r$g[<G  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 %Xd[(Q)  
Y Uc+0  
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。 JG.y,<xW  
M^Yh|%M  
详述案例 bP#:Oi0v`  
A  'be
8  
系统参数 g/_5unI}u  
P[-E@0h)-t  
案例的内容和目标 +/7?HGf  
8%mu8l  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 :G=fl)!fE  
TqQB@-!  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 (/YHk`v2  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 g =hg%gRy"  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 s)t@ol  
-IudgO]  
模拟任务：反射光束整形设置 j_[tu!~  
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。 octL"t8w  
A2FYBM`Q&D  
sdrfsrNvB-  
=s{>Fsm1  
tjS@meT  
aK~8B_5k8  
规格：像散激光光束 uZYF(Yu  
t3ZOco@~P  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 rHI{aO7  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 {WS;dX4  
^CH=O|8j  
4@gG<QJW  
3
`?7<YJ  
:Ov6_x]*  
(E3b\lST  
规格：柱形抛物面反射镜 zI uJ-8T"  
                         "{xrL4BtC  
 有抛物面曲率的圆柱镜 RBd7YWo\|j  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 n&/ `  
 曲率半径等于焦距的两倍 )q4[zv9  
>6-
`}G+|  
H41?/U,{  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） R w\gTo  
Vp\,CuQ  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 I 34>X`[o  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） gVuFHHeUz  
 离轴角决定了截切区域 MjRHA^b  
 /maJtX'  
规格：参数概述（12° x 46°光束） T763
:v  
?$pCsBDo  
   ATyEf5Id_  
~8+ Zs
  
光束整形装置的光路图 {Xy5pfW Q  
G_JA-@i%  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 RB\uK 1+  
 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。 Jpq~  
(9d&  
反射光束整形系统的3D视图 6@!`]tSCK  
^76]0`gS  
8,%^ M9zBP  
V0YZp  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 B[Scr5|  
 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）。 ~~P5k:  
[|L<_.8  
详述案例 i]4I [!  
gD?l-RT>  
模拟和结果 =qIp2c}Rx  

>=>2m2z=  
结果：3D系统光线扫描分析 }.(B}/$u  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 ru%y  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 "sCRdx]_  
xo&_bMO  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd <lPG=Xt  
_VN?#J)o  
使用参数耦合来设置系统 w&#]
-|$  
`h\j99  
L*+@>3mu)  
自由参数： ^CX6&d  
 反射镜1后y方向的光束半径 CRE3icXbQ  
 反射镜2后的光束半径 +'a
^f5  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） Avc%2+  
 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。 x9g#<2w8  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 ND;#7/$>  
~mxO7cy5Cg  
Lq^)R  
xp{tw$  
n84|{l581  
<'*LRd$1  
o.!Dq7R  
自由参数： KpGhQdR#  
 反射镜1后y方向的光束半径 eMsd37J  
 反射镜2后的光束半径 FZlWsp=  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） r19 pZAc  
 基于光束发散角和直径（x和y方向）焦点，可以计算并设置反射镜的直径和距离z。 M2Qr(K|  
yf+)6D -9n  
a=2%4Wmz  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 t{96p77)=  
+0Y&`{#Z  
5;EvNu  
结果：使用GFT+进行光束整形 ,qxu|9L  
ZE}}W_  
lo+A%\1  
8Z~EwY*  
C'x&Py/#  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 ga+dt  
3w'tH4C[Y  
GTd,n=  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 W6Fo6a"<  
f:} x7_Q  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 ]=BB#  
7<R E_/]  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： 0H:X3y+  
hgq;`_;1,  
~DwpoeYX  
1qA;/-Zr<o  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd xJe%f\UDu  
<P_-s*b  
结果：评估光束参数 JZx[W&]zT  
bt?5*ETA  
xqh  
 从生成的整形光束场分布，可以评估光束参数。 可以直接通过使用探测器界面实现。 F^:3?JA_  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M²值感兴趣。 75lA%| *X  
g_bLl)g<  
'g\4O3&_  
 整形光束在x和y方向上显示了一个几乎相同的半径。 发散角大约是4urad。 _[BP0\dPW  
 M²值明显高于1。（与理想高斯光束相比，高M²值是由光束偏离引起的） J&_n9$  
Pq$n5fZC!  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd jP.
dDYc  
XiWmV ?  
光束质量优化 :ws<-Qy  
?@x/E&  
xmoxZW:  
 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。 Vurqt_nb  
 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）。 }GM'.yutX  
]SEZaT  
结果：光束质量优化 #'`{Qv0,  
u 
g
a_T  
<P<z N~i9j  
 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。 x8|J-8A(  
.}+}8[p4l  
h";L  
u3D)M%e  
 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。） !4!~Lk=  
{!`6zBsP  
&p,]w~d,U  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd L~3Pm%{@A  
!G|@6W`  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 (8OsGn  
U<XG{<2  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 %
yC,^  
WIGi51yC.x  
zQ PQ  
 这意味着参数变化是的正态 #dHa,HUk  
eMzk3eOJ  
Ny#^&-K  
k5)om;.w  
{;oPLr+Z  
 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。 
x)&\z}  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 wd6owr  
<UCl@5g&  
U0+-W07>  
,zc(t<|-y  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run 9+N-eW_U  
I-)4
YQI  
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） !r-F>!~  
gqR(.Pu  
5V-I1B&  
5r0YA IJ  
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。 KPki}'GO  
73-p*o(pt  
总结 I1J-)R+  
Hr C+Yjp  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 O.M1@w]  
1.模拟 Y/oHu@ _  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 x1a:u  
2.研究 qP ,E
BE  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 lquLT6]  
3.优化 Dp:BU|
r  
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。 PY'2h4IL  
4.分析 - YBY[%jF>  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。  !u hT  
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。