[技术]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） VmV/~-<Z  
A;q}SO%b  
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 >$?$&+e}  
fh}\#WE"  
?uOdqMJV  
/nGsl<  
简述案例 (A/V(.!  
[p[Kpunr{l  
系统详情 ON] z-
 
 光源 LIirOf~e;!  
- 强象散VIS激光二极管 5Y_)%u  
 元件 gtVI>D'(W  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） cZ%weQa#N)  
- 具有高斯振幅调制的光阑 ()=  
 探测器 W32bBzhL  
- 光线可视化（3D显示） GC~Tfrf=r  
- 波前差探测 -HS(<V=a?k  
- 场分布和相位计算 yG2j!D  
- 光束参数（M2值，发散角） P*)}ENY  
 模拟/设计 )TBBYCL3  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 \C~Y  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： NuLQkf)  
 分析和优化整形光束质量 \h,S1KmIBD  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 _;L9&>!p6  
/mo
4Q?^  
系统说明 wh[XJ_xY  
mp+ %@n.;  
+tES:3Pi  
模拟和设计结果 jf~/x>Q  
s+h`,gg9  
数值探测器结果 al(t-3`<  
pg [F{T<  
BXnSkT7  
aS-rRL|\L  
v<HhB.t.  
总结 VSL6tQp  
D42Bm&JocO  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 a=.A/;|0*  
1.模拟 fnN"a Z  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 =*~]lz__M  
2.评估 )F8G q,  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 1I<D `H%  
3.优化 p.SEW5  
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。 TG=) KS  
4.分析 :{E;*v_!v  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 W}50E.\#  
{AoH  
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。 R0B\| O0Uv  
yCwBZ/C  
详述案例 y9cW&rDH  
)}0(7z Yu  
系统参数
4. 7m*  
C{`+h163\  
案例的内容和目标 t,gKN^P_  
<7~HG(ks  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 )+'FTz` c  
/59jkcA+  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 "7(2m  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 jeFX?]Q  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 rwWs\~.H  
U3}r.9/  
模拟任务：反射光束整形设置 Y6~/H  
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。 w+)MrB-}  
,B_Nz}\8  
j7IX"O%f\  
JS]6jUB<B  
5(W`{{AW  
}1=V`N(  
规格：像散激光光束 7s+3^'  
9lbe[w@  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 b_+dNoB  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 hK5BOq!y  
iG()"^G  
aKkL0D  
j qfxQ
  
i0; p?4`m  
Z7a~M3VnZ  
规格：柱形抛物面反射镜 2+y<&[A8U  
                         D/[(}o(  
 有抛物面曲率的圆柱镜 8h  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 mxt fKPb  
 曲率半径等于焦距的两倍 O~sv^  
G;#-CT  
"Qj;pqR  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） iPgewjx  
FRqJ#yd]  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 `"`/_al^  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） {>$i)B  
 离轴角决定了截切区域 =m]|C1x  
!A!}j.s  
规格：参数概述（12° x 46°光束） VSns_>o  
WsO'4
~X9  
   8@y@}  
Z7>pz:,  
光束整形装置的光路图 ?"-%>y@w  
v0Ww~4|],  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 4&]Sb}  
 因为离轴抛物面镜的位置是相对于它的焦点，那么到反射镜2的距离z必须是负的。 ,v(K|P@  
- "`5r6  
反射光束整形系统的3D视图 n3Uw6gLD  
7L2$(
d4  
QlT{8uw)  
>.'rN>B+  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 UolsF-U}'  
 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）。 2wCTd:e:  
7:iTx;,v  
详述案例 [l"|x75-  
K`}8fU  
模拟和结果 9C9>V]  
ai|d`:;  
结果：3D系统光线扫描分析 _ zM/>Qa  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 aLa{zB  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 i~1bfl   
J" :R,w`  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd y*ux7KO  
?VUW.-  
使用参数耦合来设置系统 rZ[}vU/H`  
$646"1S  
Q[sj/  
自由参数： dZ]['y%  
 反射镜1后y方向的光束半径 ,gYbi-E  
 反射镜2后的光束半径 abAX)R'  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） NmbA~i  
 由于功能原理，所有系统参数（距离，焦距，直径）可以由光束参数分析计算。 0_\@!#-sml  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 {DfXn1Cg0U  
~\uI&S5  
hzv4+1Wd[  
VSf<(udGr  
<<#j?%  
oXW51ty  
6d%V=1^F  
自由参数： Xx)PyO  
 反射镜1后y方向的光束半径  }\ ^J:@  
 反射镜2后的光束半径 FR5P;Yz%H  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） T-.Q  
 基于光束发散角和直径（x和y方向）焦点，可以计算并设置反射镜的直径和距离z。 .eZsKc-@  
`
?M?WaP  
}fqz8'E9  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 >v\t> [9t  
M9*#8>  
IZw>!KYG  
结果：使用GFT+进行光束整形 ',>Pz+XKc  
Qg^Ga0Lf6  
E![Ye@w  
DAvF ND$=  
coG_bX?e  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 Dej_(Dz_S  
vZ0K1UTEXY  
]?1n-w.}r  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 16pk4f8  
4nvi7  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 >^odV ;^  
>)+-:  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： +Y|1 7n  
o$Jop"To  
$27QY  
q eW{Cl~  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd [v%j?  
kuX{2h*`  
结果：评估光束参数 /O*4/  
C]- !uLy  
45 \W%8  
 从生成的整形光束场分布，可以评估光束参数。 可以直接通过使用探测器界面实现。 ZYMacTeJjg  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M²值感兴趣。 D# Gf.c  
9^4BqAWYrV  
VMZUJ2Yj/&  
 整形光束在x和y方向上显示了一个几乎相同的半径。 发散角大约是4urad。 ' 5F3,/r  
 M²值明显高于1。（与理想高斯光束相比，高M²值是由光束偏离引起的） d~hN`ff  
B)v|A  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd dX^d\ wX  
OZSM2~  
光束质量优化 O_S%PX  
9|{t%F=-  
l>t0 H($  
 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。 1*V
Arr6*6  
 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）。 7A=*3  
4S7#B  
结果：光束质量优化 =^5,ua6  
ag*5fBF  
C{<dzooz  
 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。 2m8|0E|@  
T=W;k<P
\k  
<0h,{28  
j8cXv  
 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。） b;2[E/JKB  
J=`2{ 'l  
X{BS]   
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd f [DZ  
YLU.]UC  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 ;x
|LB>.  
tso\bxiU  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 ]fdxpqz  
h(4&!x  
AK_,$'f  
 这意味着参数变化是的正态 %8hx3N8>  
12TX_0  
v"v-c!k  
?`+G0
VT  
S0]JeP+3!  
 对于这个例子，假设每个反射镜都有±0.1°的角度偏差（绝对的方向）。 由于这个偏差，整形光束的波前差明显增加。 p`=v$_]?(  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 9\S,$A{{*  
2,^U8/  
IA3m.Vxj ^  
zEMZz$Y  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run m2j]wUh"  
]ddTHl  
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
bNQ"u]  
)TtYm3,  
T$&vk#qr  
pm>$'z!.):  
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。 6BY(Y(z  
1>'xmp+#  
总结 3:mZ1+  
Dwa.ZY}-  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 XbYST%|.  
1.模拟 ~LU$ no^  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 {9;x\($&a  
2.研究 pkEx.R)  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 qbq.r&F&  
3.优化 + :;6kyM6X  
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。 o56UlN  
4.分析 OeYZLC(  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 `s|^  
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。