[技术]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） PNOGN|D  
{`=0 |oP}  
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 7hW+T7u?  
GQQ.OvEc  
7;@ST`cC  
M->*{D@a  
简述案例 0Sq][W
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H=
*5ASc  
系统详情 {Gq*e/  
 光源 kE8>dmH23  
- 强象散VIS激光二极管 W7"{r)7  
 元件
*[ #;j$m  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） 3f" %G\  
- 具有高斯振幅调制的光阑 PWRy7d  
 探测器 VErv;GyV  
- 光线可视化（3D显示） (&|_quP7O  
- 波前差探测 Jj~EiA  
- 场分布和相位计算 tWTKgbj(  
- 光束参数（M2值，发散角） EN{]Qb06A  
 模拟/设计
8dD2  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 -K,-h[o  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： Jd\apBIf  
 分析和优化整形光束质量 |Fm6#1A@  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 LMi:%
i%\  
M.-"U+#aD  
系统说明 5u
q3\a  
IK,|5]*Ar  
2%*MW"Q  
模拟和设计结果 )"zvwgaW  
dzK{ Z  
数值探测器结果 $aHAv/&(5  
8
}H1_y-g[  
W$U0[^1  
(,^*So/  
1Je9,dd6  
总结 o"wXIHUmV  
qq)0yyL r  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。  Qk!;M|
 
1.模拟 y4h=Lki@
 
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 (~zd6C1.  
2.评估 'r(1N
j  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 %r&-gWTQ,  
3.优化 pa}*E  
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。 {G <kA(Lm  
4.分析 i)#:qAtP*  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 $^u}a  
,q(&
)L$S  
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。 8Ll[ fJZA  
pg]BsJN  
详述案例 ]9}HEu;1M  
.B#l5pfvP  
系统参数 tXJUvish  
%uv?we7  
案例的内容和目标 l5
l>d62  
w9 w%&{j  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 e><5Pr
)  
BBcV9CGU  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 S+TOSjfis  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 4f(Kt,0  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 Vh}SCUof'  
eZ"
1gYqy  
模拟任务：反射光束整形设置 $}")1|U,X  
引入的反射光束整形装置是基于一个反射镜系统，此系统由两个抛物面圆柱反射镜镜与抛物面截面反射镜组成。焦点距离和镜子的位置取决于输入光束的发散角。 lL]y~u  
T~h5B(J;  
p ?wI9GY  
Z|RY2P>E  
O;7)Hjwt  
Qt]Q:9I[  
规格：像散激光光束 q80S[au  
bc , p}  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 N'xSG`,Mg  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 ?FfC  
EyY.KxCB  
;[RZ0Uy=  
yV)la@c  
%e*@CbO$  
8w({\=
 
规格：柱形抛物面反射镜 1Bxmm#  
                         \M'-O YH_[  
 有抛物面曲率的圆柱镜 64:fs?H  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 /%lZu^  
 曲率半径等于焦距的两倍 #07gd#j4  
0ZQ'_g|%  
ktDC/8
  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） +l=r#JF  
bI|2@HV2  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 YJ(*wByM  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） A)ipFB 6K  
 离轴角决定了截切区域 u4Em%:Xj  
:_M;E"9R  
规格：参数概述（12° x 46°光束） B c2p(z4  
.xBu-?6s6  
   ,^icPQSwc  
DNP13wp@  
光束整形装置的光路图 ?`J[[",  
O{ /q-~_  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 HYmn:?H  
 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。 FZ8b7nJ)4m  
wj[$9UJb  
反射光束整形系统的3D视图 ?ve#} \  
KD^N)&k^Kp  
tDAhyy73  
trE{FT  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 KN-avu_Ix  
 绿线表示生成的光轴，由VirtualLab的基础定位方法生成（仅仅设置了距离z和倾角）。 ;NlWb =  
z2Z^~,i  
详述案例 'w1YFdW  
Hty0qr3  
模拟和结果 41SGWAd#:  
,!U=|c"k)  
结果：3D系统光线扫描分析 %6_AM  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 zRPeNdX  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 1!>Jpi0  
"W(Q%1!Wi  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd |g
*XK6  
kY'T{Sm1^  
使用参数耦合来设置系统 c_elShK8#  
eilYA_FL.  
In[Cr/&/Y  
自由参数： B-l'
vVx  
 反射镜1后y方向的光束半径 IIyI=WlpG  
 反射镜2后的光束半径 DfKr[cqLM  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） "le>_Ze_>|  
 由于功能原理，所有系统参数（距离，焦距，直径）可以由光束参数分析计算。 u_rdmyq$x/  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 o: ;"w"G  
*_?dVhxf  
@$T 9Ll  
~jsLqY*(+  
Ge<nxl<Bd  
vv=VRhwF  
f^VP/rdg  
自由参数： ~,*b }O  
 反射镜1后y方向的光束半径 <mAhr  
 反射镜2后的光束半径 LQjsOo  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） u,6~qQczE  
 基于光束发散角和直径（x和y方向）焦点，可以计算并设置反射镜的直径和距离z。 !>1@HH?I\/  
P 3'O/!  
zk( U8C+  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 O|w J)  
P+$:(I  
AFAAuFE"  
结果：使用GFT+进行光束整形 yiO.z  
){UcS/GI=  
F+u|HiYG  
p/h Rk<K6  
73){K?R  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 71\xCSI1w&  
`]W|8M  
_8E/)M  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 e;(0(rI  
w4gg@aO  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 !/wtYI-`  
IC7M$  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： V5rST +  
%VnbmoO  
f`Fi#EKT  
w`5xrqt@  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd 0L/n?bf  
" W|%~h
 
结果：评估光束参数 ,S!azN=  
eow'K 821A  
y`=]T>X&x  
 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。 <%"b9T`'  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M²值感兴趣。 d m`E!R_  
lg&t8FHa;  
#Q /Arq  
 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。 *Em,*!  
 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） ,l)^Ft`5  
zOiu5  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd {lc\,F*$  
V=*wKuB  
光束质量优化 1{JV}O  
&e!7Z40w@&  
N}t 2Nu-  
 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。 hr
)B[<9  
 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）。 1|jt"Hz  
ruld B,n  
结果：光束质量优化 ~W-PD  
c-0#w=  
G2T|RT$_K  
 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。 5wDg'X]>V  
K9up:.{QQ  
2_Z ? #Y  
<Pi|J-Y  
 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。） :w^Ed%>y7  
)z28=
%g  
m*kl  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd >: g3k  
N <Xq]! K-  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 m+T;O/lG0{  
=7m)sxj]w  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 "9Q40w\  
Z'7
 
<d$x.in  
 这意味着参数变化是的正态 XMu9Uk{|  
_y} T/I9  
LHo3 Niy.  
",KCCis  
9eQxit7  
 对于这个例子，假设每个反射镜都有±0.1°的角度偏差（绝对的方向）。 由于这个偏差，整形光束的波前差明显增加。 ~ r438&  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 .0`m\~L  
(bH`x]h#  
S;286[oq@  
o9dY9o+Z  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run N@Uy=?)ZJ  
lSVp%0jR  
第一个随机公差的典型强度分布：（相应的均方根波前差：1.08λ，40.4λ，140λ） !`Hd-&}bYz  
GE%Z9#E  
S(*sw 0O@+  
=V-|#j  
由于波前差和因此校准的偏差更大，M²值明显增加。可以使用高斯孔径来减少。 ^Dn D>h@q  
U!*M*s  
总结 Ku}Z  
2$g6}A`r  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 \=ux atw  
1.模拟 FWG6uKv  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 mQ|v26R  
2.研究 %D%8^Zd_  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 Zy?Hi`  
3.优化 `n@*{J8  
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。 |8l<$J  
4.分析 '
O_3)x5  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 R?"q]af~  
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。