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    [技术]反射光束整形系统 [复制链接]

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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) 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 $qD8vu )|j  
    光源 `=uCp^ +v  
    - 强象散VIS激光二极管 z~4L=tA(  
     元件 %83PbH  
    - 光束准直和整形的反射元件(例如圆柱抛物面镜) eM/|"^%  
    - 具有高斯振幅调制的光阑 m(y?3} h  
     探测器 JnhHV(H  
    - 光线可视化(3D显示) q\O'r[&V  
    - 波前差探测 {5.,gb@6  
    - 场分布和相位计算 KZ ?<&x  
    - 光束参数(M2值,发散角) kOVx]=  
     模拟/设计 h?.6e9Y4  
    - 光线追迹(Ray Tracing:):基本系统预览和波前差计算 Z{chAg\  
    - 几何场追迹+和经典场追迹(Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing): 00U8<~u  
     分析和优化整形光束质量 ?@|1>epgd  
     元件方向的蒙特卡洛公差分析 Mki(,Y|1~  
    ?8-e@/E#x  
    系统说明 fB1JU1  
    on*?O O'  
    TmKO/N@}  
    模拟和设计结果 X^_,`H@  
    ETH`.~%  
    r NU,(htS  
    场(强度)分布                                   优化后
    数值探测器结果 X_ H R$il  
    =zVbZ7  
    j2qDRI  
    $7TYix8=  
    8PXleAn  
    总结 oVoTnGNM6  
    }O2hhh_  
    实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 U(W#H|  
    1.模拟 @WhcY*R2  
    使用光线追迹验证反射光束整形装置。 7Yk6C5C  
    2.评估 &lBfW$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  
    4ms hB  
    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  
    e{=7,DRH<  
     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;  
    H D=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  
       YJ3970c/M  
    UK _2i(I"e  
    光束整形装置的光路图 ^~(bm$4r  
    S;|%'Sn|j9  
    i g?]kZ  
     由于VirtualLab的相对坐标系统,则仅需设置z方向的距离。 _II;$_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$Sm  
    光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 v t(kL(}v  
     绿线表示生成的光轴,由VirtualLab的基础定位方法生成(仅仅设置了距离z和倾角)。 OsC1('4@  
    V]vk9M2q[l  
    详述案例 3!Bekn]  
    hKX-]+6"  
    模拟和结果 /j S  
    c&'T By  
    结果:3D系统光线扫描分析 .5ingB3%  
     首先,应用光线追迹研究光通过光学系统 qPzgGbmD9  
     使用光线追迹系统分析仪进行分析。 !sR`]0  
    Q >sq:R+'  
    file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd t3bN P K^  
    eRv3ZHH  
    使用参数耦合来设置系统 (_-z m)F7  
    lHP[WO  
    t%8*$"~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。 OF DPtJwV  
    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  
    mJ Wl#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  
    +mV4Ty  
     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  
    Hfm4  
    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。
     
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