[技术]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） M$1+,[^f  
aw/Y#  
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 Ox?LVRvxI  
#jd?ocoY  
YH)Unql  
v|VY5vN  
简述案例 $JqdI/
s  
[T"oqO4%]  
系统详情 $qD8vu )|j  
 光源 `=uCp^+v  
- 强象散VIS激光二极管 z~4L=tA(  
 元件 %83PbH  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） eM/|"^%  
- 具有高斯振幅调制的光阑 m(y?3}h  
 探测器 JnhHV(H  
- 光线可视化（3D显示） q\O'r[&V  
- 波前差探测 {5.,gb@6  
- 场分布和相位计算 KZ ?<&x  
- 光束参数（M2值，发散角） kOVx]
=  
 模拟/设计 h?.6e9Y4  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 Z{chAg\
 
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： 00U8<~u  
 分析和优化整形光束质量 ?@|1>epgd  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 Mki(,Y|1~  
?8-e@/E#x  
系统说明 fB1JU1  
on*?O O'  
TmKO/N@}  
模拟和设计结果 X^_,`H@  
ETH`.~%  
数值探测器结果 X_HR$il  
=zVbZ7  
j2qDRI  
$7TY
ix8=  
8PXleAn  
总结 oVoTnGNM6  
}O2hhh_  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 U(W#H|  
1.模拟 @WhcY*R2  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 7Yk6C5C  
2.评估 &lBfW$PZjk  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 W}Nd3  
3.优化 &wNN| fH  
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。 Zx}=c4I(y  
4.分析 1Na CGD"  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 YH':cze  
4mshB  
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。 feNr!/  
QV{Nq=%]  
详述案例 b44H2A.  
o"Ef>5N  
系统参数 Lrq+0dI 65  
8k_,Hni  
案例的内容和目标 4DuZF -y  
"kP.Kx!  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 jJ55Az?t:  
1(q!.lPc  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 4LBjqv,P  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 (d#?\  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 9!2KpuWji  
lG\lu'<C  
模拟任务：反射光束整形设置  V}8J&(\  
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。 hJFQ/(  
O(&EnNm[2  
YI%7#L7C  
JFYeOmR+l  
~p'/Z@Atu  
%*|XN*iXC  
规格：像散激光光束 ucoBeNsHx  
ik&loM_  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 3XL0Pm  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 cB -XmX/  
Qx.E+n\  
>#!n"i;  
HD=WHT&  
^4s#nf:}  
ReSP)%oW  
规格：柱形抛物面反射镜 50_%Tl[  
                         q#OLb"bTr  
 有抛物面曲率的圆柱镜 /^4)V8D_S  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 !o*oT}6n  
 曲率半径等于焦距的两倍 mT!~;]RrF  
_;'}P2&Q  
1ed#nB%  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） c (\-7*En  
o"[qPZd>  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 :dLS+cTC  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） <&H.pN1_  
 离轴角决定了截切区域 $#t&W&  
rTmcP23]  
规格：参数概述（12° x 46°光束） )K5~
r>n&  
*l7 ojv  
   YJ
3970c/M  
UK_2i(I"e  
光束整形装置的光路图 ^~(bm$4r
  
S;|%'Sn|j9  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 _II;$_N  
 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。 ;K:.*sAa  
4=q\CK2^A  
反射光束整形系统的3D视图 =faV,o&{`  

(q +
Q.Q  
]t#,{%h  
j5$Sm  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 v t(kL(}v  
 绿线表示生成的光轴，由VirtualLab的基础定位方法生成（仅仅设置了距离z和倾角）。 OsC1('4@  
V]vk9M2q[l  
详述案例 3!Bekn]  
hKX-]+6"  
模拟和结果 /jS  
c&'T By  
结果：3D系统光线扫描分析 .5ingB3%  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 qPzgGbmD9  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 !sR`]0  
Q>sq:R+'  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd t3bN PK^  
eRv3ZHH  
使用参数耦合来设置系统 (_-zm)F7  
lHP[WO  
t%8*$"~X  
自由参数： .^Ek1fi.  
 反射镜1后y方向的光束半径 4|Z3;;%+  
 反射镜2后的光束半径 ,&l>^w/  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） YpNTq_S1,  
 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。 Dk[[f<H_{  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 OFDPtJwV  
Y|1kE;  
ZEApE+m  
s6KZV@1  
\idg[&}l}  
E@[`y:P  
meIY00  
自由参数： z?E:s.4F  
 反射镜1后y方向的光束半径 tK]r>?Y\  
 反射镜2后的光束半径 !@*Ac$J>$  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） \UN7lDH  
 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。 )8LCmvQ  
ot,<iE#za  
*+Q,b^N  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 Y{2\==~  
+gT?{;3[i  
1Rwk}wL  
结果：使用GFT+进行光束整形 \Dr@n^hk@[  
Q*U$i#,  
FtY*I&  
c: #1Aym  
xJZbax[  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 ~":?})  
@^%zh  
?M\3n5;  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 P_i2yhpK  
vp-)$f&  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 -bKli<C
 
FtE%<QHt  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： \.Q"fd?a_D  
Oja)J-QXb  
G~^Pkl3%T  
mJWl#3  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd ^$yr-p%-  
\!s0VEE  
结果：评估光束参数 \Fc"Q@.u  
J}<k`af  
9-)oA+$  
 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。 %'EOFv]  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M²值感兴趣。 ~f){`ZJc  
O2A Z|[*I  
+mV4T
y  
 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。 g^8bY=* .  
 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） L42C<  
SAXjB;VH6  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd rWSw1(sAA  
U2+CL)al^  
光束质量优化 [)9bR1wh  
nvpdu)q<  
d<: VoQM6M  
 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。 0$* z   
 之后，将接收场转换成一个透射函数。 将该传输函数用作光阑（在一个透射函数元件中）。 Fc42TH p  
}%_x T  
结果：光束质量优化 1 !OQxY}f  
#!9aTp).AL  
'du:Bxl`d4  
 由于通过高斯孔径传播，光束显示出理想高斯形状。 因此，M²值在两个方向上几乎都是1。 }GQ8|fg`U  
d) G7U$z~  

o_os;  
vNi7=3  
 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。） aI+:rk^  
6}{2W<  
PX(Gx%s|  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd =s1"<hH}O)  
].2q.7Yur  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 /3rt]h"  
':F{st>&H  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 )"|g&=  
a*74FVZo.;  
$
7M64K{  
 这意味着参数变化是的正态 I=Ws /+  
-4Y}Y59\  
\wO)w@"  
)N`ia%p_]  
R7Hn8;..  
 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。 <k}>eGn  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 L{'qZ#N[  
&=t$ AIu  
5K{(V^88F  
`;5UlkVZ5  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run BJ~Q\Si6  
yBht4"\Al  
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） 1wqCoDgkp  
pg*'2AT  
0>VgO{X  
9v<BO$ ,a  
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。 a5z.c_7r  
H
fm4  
总结 [,|KVc=&H  
U:gE:tf  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 [$9sr=3:  
1.模拟 SM![ yC  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 G:A~nv9  
2.研究 qmOGsj`#  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 2P@>H_JFF  
3.优化 bHWy9-  
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。 / D#vs9S  
4.分析 |PDuvv!.f  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 :a#]"z0  
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。