[技术]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） Y`v&YcX;  
#<:khs6  
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 TaH9Nu  
,==lgM2V>  
MG|NH0k  
*(J<~:V?  
简述案例 "#%T*c{Tf0  
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A7tb39*  
系统详情 uWSG+  
 光源 Z q)A"'Y  
- 强象散VIS激光二极管 9j/B3CjW  
 元件 ul E\>5O4h  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） /}wGmX! -!  
- 具有高斯振幅调制的光阑 8oK30?  
 探测器 /C"E*a  
- 光线可视化（3D显示） :Fh*4 &Z  
- 波前差探测 JkTL+obu  
- 场分布和相位计算 %rkUy?=vu  
- 光束参数（M2值，发散角） g_`8K,6ln  
 模拟/设计 | =&r) ~  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 h4U .wk  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： q;+qIV&.:  
 分析和优化整形光束质量 Mppb34y  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 Ty>`rn  
~be&T:7.  
系统说明 r~X6qC  
1'h?qv^(  
w] VvH"?  
模拟和设计结果 K:y>wyzl  
j&F&wRD%r  
数值探测器结果 u >x2  
g\2Y605DM  
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& )Z JT.S  
'Z';$N ]  
总结 &iTsuA/7  
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[/Om  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 27)$;1MT:  
1.模拟 MYu-[Hg  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 p[cC%3  
2.评估  7p{lDQ  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 uu HWN|  
3.优化 U]_1yX  
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。 4o'0lz]  
4.分析 <w[)T`4N  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 ]F,5Oh :OY  
'EXp[*  
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。 R5Ti|k.~Y"  
6x_8m^+m  
详述案例 q0Fy$e]u  
/Z-|E  
系统参数 Uj_%U2S$  
gq/q]Fm\  
案例的内容和目标 U<Ag=vsZE  
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[G[m!  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 nlh%O@,  
Bp9 u6R  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 S);bcowf_  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 d^4!=^HN  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 "zfy_h  
r"^P>8  
模拟任务：反射光束整形设置 Tk)y*y  
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。 1_%3cN.  
I~EJctOG  
l{6fR(d
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ZjbMk3Y  
=ayl~"bW  
fi`*r\  
规格：像散激光光束 &!_>J0  
$5(co)C  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束  T=9+  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 (FP- K  
90(JP-  
tK1P7pbC8r  
K%)u zP  
o#CNr5/  
cJGU~\  
规格：柱形抛物面反射镜 #TXgV0\F  
                         624l5}@:  
 有抛物面曲率的圆柱镜 IOomBy:  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 x+47CDDu3  
 曲率半径等于焦距的两倍 C,&r7  
K<6)SL4  
[s"xOP9R  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） d=yuuS/  
yO.q{|kX  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 ?31#:Mg6g+  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） ch!/k  
 离轴角决定了截切区域 PF~w$ eeQ  
^,*!Qk<c  
规格：参数概述（12° x 46°光束） 3vepJ)D (  
S8 .1%sw  
   c<fl6o)  
5LMAy"  
光束整形装置的光路图 }fU"s"  
9bwG3jn4?  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 ;2*hN(  
 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。 g:8k,1y5  
C;>!SRCp  
反射光束整形系统的3D视图 b*Sw")#  
crTRfqF  
Ku$:.  
+`=rzL"0I7  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 21_sg f?  
 绿线表示生成的光轴，由VirtualLab的基础定位方法生成（仅仅设置了距离z和倾角）。 2D;2QdO  
@|N{EI  
详述案例 M-7^\wXTA  
w]1Ltq*g/  
模拟和结果 xU9T8Lw  
;iq H:wO  
结果：3D系统光线扫描分析 7!F<Uf,V3  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 t[}&*2"$/  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 (}
*1,N!#  
x
e`SnJgA  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd Zmx[:-  
S3Dmc\f  
使用参数耦合来设置系统 ZB+~0[C  
qg1tDN`s  
;Vv.$mI  
自由参数： [$]qJ~kz  
 反射镜1后y方向的光束半径 `]F}O \H  
 反射镜2后的光束半径 tw k  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） \&BT#8ELG  
 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。 ^J~5k,7jX  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 5LaF'>1yY  
 }o[NB  
L5DeLF+  
1EiSxf  
R/EpfYOX  
2,'~'  
OjWg>v\v  
自由参数： 1 EL#T&  
 反射镜1后y方向的光束半径 fD3>g{  
 反射镜2后的光束半径 adY ,Nz  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） >lkjoEVQ  
 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。 pL5Bz!_r  
{iXQUj  
%t*KP=@  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 5Sz&j  
GahIR9_2  
f1AO<>I;  
结果：使用GFT+进行光束整形  |\FJ  
6DVHJ+WTV  
AB+HyZ*//  
+OaBA>Jh9  
c8h71
Cr  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 ovk^  
cC pNF `DN  
"M}3T?0 O  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 Yij_'0vZ  

;iA$yw:  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 L'HO"EZFj  
^XT;n  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： T s9go  
?>Bt|[p:s)  
/lLG
|aAe  
~Dbu;cqR@  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd ;>CM1  
/_Fi4wZ  
结果：评估光束参数 wBCBZs$H  
a(_3271  
D\Fu4Eg  
 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。 9Xe|*bT
  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M²值感兴趣。 \SooIEl@  
R-6km Tex>  
zP>=K  
 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。 k $E{'Dv  
 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） vhrURY.
  
:gM_v?sy  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd Ask
~  
T5eJIc3a"  
光束质量优化 .2 }5Dc,eR  
g$U7bCHG  
v*&WqVg  
 通常，使用合适的高斯调制光阑以用于优化M²值。 因此，我们使用测量的半径作为腰束半径（消除发散角）来生成一个高斯光束。 _N"c,P0  
 之后，将接收场转换成一个透射函数。 将该传输函数用作光阑（在一个透射函数元件中）。 V^kl_!@  
YK V"bI  
结果：光束质量优化 |!cM_&  
Nazr4QU  
+7Qj%x\  
 由于通过高斯孔径传播，光束显示出理想高斯形状。 因此，M²值在两个方向上几乎都是1。 @4wN-T+1  
`08}y*E  
B/K
{sI  
pnGDM)H7  
 然而，光束半径是略有减少。（光束半径显示在最后一张幻灯片是由于其偏离了理想高斯。） (,['6k<  
MC_i"P6a  
`G2!{3UD  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd l(3\ekU!  
PG*FIRDb  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 -:Jn|=  
ui&^ m,  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 n==+NL  
Es&'c1$^s  
t+aE*Q  
 这意味着参数变化是的正态 W;T(q~XK  
d[&Ah~,  
p><DA fB  
XBos^Q  
oN[#C>#(  
 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。 M(.]?+  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 eB5<N
?;s  
yHxi^D]  
-hKtd3WbT  
+||[H)qym  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run ]Czq A c  
e:(~=9}Li  
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） @,SN8K0T  
K@@Jt  
vW03nt86  
<Q?_],ip  
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。 9F|e.  
*Vp$#Rb  
总结 Nu6]R677Y  
0zqTX< A  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 ^jg{MTa  
1.模拟 hJ0m;j&4y  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 G2hBJTW  
2.研究 YL@d+ -\  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 #*;Nb  
3.优化 .iH#8Z  
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。 !@@rO--&  
4.分析 ?r}!d2:dX  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 zNQ|G1o  
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。