[技术]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） C8v  
8(- 29  
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 S=kO9"RB]  
;Q&9t  
fup?Mg-  
xc-[gt6  
简述案例 .KG9YGL#  
6&<QjO  
系统详情 ^PE|BCs  
 光源 c1i[1x%
  
- 强象散VIS激光二极管 ;2`t0#J$]  
 元件 ^-Arfm%dn  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） ,>qtnwvlHP  
- 具有高斯振幅调制的光阑 *qL'WrB1  
 探测器 1,zc8>M  
- 光线可视化（3D显示） Ui"$A/  
- 波前差探测 yYe>a^r4R  
- 场分布和相位计算 BZTj>yd  
- 光束参数（M2值，发散角） %@ >^JTkY8  
 模拟/设计 Z$c&Y>@)  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 O%bltNEx1  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： LZG(T$dI  
 分析和优化整形光束质量 `=V1w4J  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 [vuikJP>1k  
f6SXXkO+  
系统说明 K5bR7f:  
^wSGrV'  
&xUCXj2-z  
模拟和设计结果 =B+dhZ+#S$  
;D-k\kv  
数值探测器结果 7)O+s/.P)  
Q$:,N=%  
iu{;|E  
('uUf!h?\  
$z)egh(z  
总结 3qu?qD  
GU1
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Me  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 xrY >Or  
1.模拟 Ed;!A(64r  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 5>e<|@2 X  
2.评估 E*tT^x)  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 3 %r*~#nz  
3.优化 ow`F 
7  
利用一个具有高斯形状孔径函数的光阑和经典场追迹引擎来优化M2参数。 ./DlHS;  
4.分析 d6m&nj  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 {#@[ttw$U  
i*4v!(E  
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。 XmVst*2=  
Y>E` 7n  
详述案例 6v}q @z  
/IX555/dR1  
系统参数 pFu!$.Fr  
&F;bg  
案例的内容和目标 Hi\z-P-  
Wy1.nn[  
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<A>??h^  
Xa"I  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 0[uOKFgE  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 y'oH>l+n  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 +g1+,?cU  
 C!v%6[  
模拟任务：反射光束整形设置 ?mVS
c/  
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。 _\@zq*E  
U? U3?Y-k`  
Mxd7X<\$  
nD 4C $  
6"[,  
|{%$x^KyJ  
规格：像散激光光束 :To{&T  
siV]NI':|  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 Y>2#9LA  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 Sy*p6DP  
oj?y_0}:^  
|Zo36@s  
I&^hG\D  
]gA2.,)}D  
x FvKjO)  
规格：柱形抛物面反射镜 G_k_qP^:  
                         NP!LBB)=Y  
 有抛物面曲率的圆柱镜 JnQ@uZb`  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 =yJV8%pa  
 曲率半径等于焦距的两倍 ~
Kt+j  
2>CR]  
SFEDR?s  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） ]R09-s 0$7  
5VVU%STP  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 uXA}" f2  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） &I{5f-o*  
 离轴角决定了截切区域 Oq}7q!H  
-
" r4  
规格：参数概述（12° x 46°光束） AOqL&z
 
FId,/la  
   x'Nc}  
egW
fKL&iy  
光束整形装置的光路图 4zOFu/l6R  
']^]z".H  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 I34 1s0  
 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。 ),%@X  
! bwy/A  
反射光束整形系统的3D视图 *
u[@C  
\2Q#'  
W_ ;be  
).tTDZ   
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 tp\d:4~R  
 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）。 G 40  
 z'5  
详述案例 ,a0RI<D  

9zLeyw\  
模拟和结果 {"N:2  
@c>MROlrlF  
结果：3D系统光线扫描分析 GJF ,w{J  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 Ty;^3  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 95/;II  
J0t_wMJa  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd O/&Qzt  
1:{+{Yl7  
使用参数耦合来设置系统 W=n Hi\jLV  
?. L]QU  
aCfWbJ@qiG  
自由参数： M pz9}[`3g  
 反射镜1后y方向的光束半径 b>} )G7b}  
 反射镜2后的光束半径 NR^3 1&}It  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） _?Ly7*UML  
 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。 D~2n8h"2ye  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 !|J2o8g  
u3jLe=Y'\  
MTbCL53!-  
6>b#nFVJ  
vhU#<59a1  
)[E7\pc  
W$gjcsv  
自由参数： R0q|{5S  
 反射镜1后y方向的光束半径 ny<D1>{90  
 反射镜2后的光束半径 zgxMDLH  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） +N|t:8qaf  
 基于光束发散角和直径（x和y方向）焦点，可以计算并设置反射镜的直径和距离z。 @G|z_  
LO%OH u}]  
8xoC9!xt  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 }C JK9*Z  
pA\"Xe&  
ABq#I'H#@2  
结果：使用GFT+进行光束整形 @[TSJi  
LS<*5HWX  
GCxmqoQ  
q9Lq+4\  
_6aI>b#yL  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。
)qDV3   
#Xi9O.  
6""i<oR  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 - G=doP0  
tR?)C=4,  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 zRm@ |IT  
PD^Cj?wm  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： d(,M  
T>5N$i  
/!hxW}>^  
T7(U6yN  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd W;F=7[h  
;a(7
%  
结果：评估光束参数 MX|@
x~9W  
y*-D
 
jZ<f-Ff0  
 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。 -]:1zU  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M²值感兴趣。 c:-n0m'i  
2KNs,4X@  
\"+}-!wr  
 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。 z'Ut9u  
 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）
u X(#+  
M1K[6V!  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd jf=90eJc  
VB=jKMi  
光束质量优化
e#ne5  
R`%O=S*]  
Tq
x  
 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。 ]ia{N  
 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）。 Aj"fkY|Q  
KN.WTaO  
结果：光束质量优化 m3`J9f,c/  
dF+:9iiAm  
t<SCrLbz  
 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。 Y>CZ  
3o_@3-Y%  
*>jJ<8!  
"]yfx@)_  
 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。） |bk$VT4\  
stq%Eg?  
hhJs
$c(  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd r@G34QC+  
KWn.  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 B1J2m^  
JzkI!5c<j  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 ['aiNhl
bt  
Az6tu <  

`M ~-(,++  
 这意味着参数变化是的正态 E~`<n]{G-C  
O/fm/  
xepp."
O  
v@qVT'qlU  
>8gb/?z  
 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。 P5Pb2|\*
 
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 =u.hHkx  
"lKR~Qi  
P?<G:]W  
d-B,)$zE  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run y~py+:_  
{BD G;e  
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） mz3Dt>  
W>E|Iv[o  
OJ<V<=MYZ  
4l_~-Peh  
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。 ?rQIUP{D7  
g 4lk  
总结 pUeok+k_  
6f;20dn6  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 <!PbD  
1.模拟 n fMU
4(:  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 a7TvX{<d  
2.研究 'A'[N :i  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 ?PU7xO;_  
3.优化 *^p^tK  
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。 GNoUn7Y  
4.分析 Gg5+Ap D  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 2:;;  
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。