[技术]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） 5BrU'NF  
4 U3C~J  
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 2r %>]y  
65'`uuPx  
I).=v{@9V<  
;+TMx(  
简述案例 X'YfjbGo  
0PYvey }[  
系统详情 %=laY_y G  
 光源 s.f`.o  
- 强象散VIS激光二极管 ll^Th >  
 元件 UAnB=L,.\  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） ~D<7W4c  
- 具有高斯振幅调制的光阑 _`TepX
 R  
 探测器 ;7;zhJs1t  
- 光线可视化（3D显示） !y.ei1diw  
- 波前差探测  `2Wl  
- 场分布和相位计算 _Syre6k  
- 光束参数（M2值，发散角） !x`;>0  
 模拟/设计 &mX5&e  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 ^wvH,>Yo  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）：
qlz( W  
 分析和优化整形光束质量 AQE eIFH  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 JQ~y- lt  
Ll0
08.#  
系统说明 5oVLv4Z9u  
RpBiE8F4  
$KoPGgC[  
模拟和设计结果 aQz|!8Is  
i58ZV`Rk`  
数值探测器结果 ;b, -$A  
hubfK~  
%4bO_vb<9  
L!CX&
 
L~@ma(TV{K  
总结 3r,1^h  
aK8bKlZe  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 jlYD~)
  
1.模拟 Gg 7WmL  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 Fpy6"Z?z  
2.评估 \[Sm2/9v  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 FQ;4'B^k]  
3.优化 ZA*b9W  
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'S ve?  
4.分析 7P3<o!YA  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 sN}s61  
w$w>N(e  
对于复杂的光束整形装置，特别是离轴系统，可以使用VirtualLab来进行高效的模拟和分析。模拟过程中，根据情况应用不同的模拟引擎。 -@EBbM&  
.8u$z`j  
详述案例 C><<0VhU  
oUW)H  
系统参数 tIz<+T_  
ek<PISlci  
案例的内容和目标 tYI]LL  
AzLbD2Pl  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 ga4/,   
Jngll  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 3q~":bpAp  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 Q3<bC6$r  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 mQwk!* U  
6%\7.h  
模拟任务：反射光束整形设置 U^E  
引入的反射光束整形装置是基于一个反射镜系统，此系统由两个抛物面圆柱反射镜镜与抛物面截面反射镜组成。焦点距离和镜子的位置取决于输入光束的发散角。 no~OR Q  
9_M H  
c,v^A+sZu  
jI*}y[o  
t*Z .e.q+  
.4S^nP  
规格：像散激光光束 }};j2  
w0a+8gexi  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 SY!`a:It  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 9TYw@o5V  
>< <$  
f7EIDFX>pt  
8Pr&F  
!(MA5L-  
1M%{Uqsd-  
规格：柱形抛物面反射镜 ZI2K-z'e  
                         A&NC0K}G!  
 有抛物面曲率的圆柱镜 W%Y.SP$Y  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 f"5lOzj`C  
 曲率半径等于焦距的两倍 p=8M0k  
E)&NP}k-P  
)1ZJ  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） @1pW!AdN  
TnvHO_P,  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 _/QKWk&j  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） ~>}dse  
 离轴角决定了截切区域 I,],?DQX2)  
Gx(KN57D  
规格：参数概述（12° x 46°光束） x[GFX8h(k6  
{<- ouD  
   C&gOA8nf  
9}%~w(P  
光束整形装置的光路图 yBYuDfeZ  
sx)$=~o  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 bGMeBj"R  
 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。 C,OB3y  
z._C*c  
反射光束整形系统的3D视图 :)A.E}G  
~# hE&nq  
vc>^.#7
 
q_9N+-?{7  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 )9A<fwpN  
 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）。 a>)_ `m  
8T>3@kF  
详述案例 k$$S!qi#  
X*0eN3o.  
模拟和结果 &;NNUT>Q  
~ X]"P4 u  
结果：3D系统光线扫描分析 D*d 3w  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 V\k5h  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 ?FY@fO?es  
{jx#^n&5R  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd Sg_-
OX@f  
VuO)  
使用参数耦合来设置系统 @ 2%.>0s.  
AXNszS%4  
2kp|zX(  
自由参数： W{$+mow7S  
 反射镜1后y方向的光束半径 XqE55Jclp  
 反射镜2后的光束半径 Yn[EI7D  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） Ol/2%UJXL  
 由于功能原理，所有系统参数（距离，焦距，直径）可以由光束参数分析计算。 lv
z:UWo  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 bAy5/G!_R  
%`s9yRk9>E  
=AnZ>6  
\fM!^  
V%
{9o  
5EV8zf  
e$/Zb`k  
自由参数： 0()9vTY+  
 反射镜1后y方向的光束半径 gk_Xu  
 反射镜2后的光束半径 0o"<^] _|  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） .f.j >  
 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。 AP?{N:+  
w=P<4bdT  
<-oRhi4  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 kGBl)0pr`x  
-fSKJo#}|  
 1+i  
结果：使用GFT+进行光束整形 G"UH4n[1ur  
j9L+.UVI,  
v-r[~  
/bNVgK`L5  
-JyODW#j  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 "]\":T  
8w@W8(3B  
=|{,5="  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 =VX<eV  
}&C!^v o  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 ;uA_gn!  
}Bod#|`  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： 7N~qg 7&  
e,j?_p  
kAQ\t?`x  
3sg)]3jm2  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd KAZkVL  
5Ret,~Vs9|  
结果：评估光束参数 $85o%siS'  
C5lD Hw[CX  
T=p}By3a  
 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。 CK`3   
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M²值感兴趣。 ``YL] <<  
[Ey%uh 6*  
A'AWuj\r2R  
 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。 zH\;pmWiN9  
 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） ^%OH}Z`ly  
~PAbLSL*u  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd VV}fW"_ND  
4oaP"T@6  
光束质量优化 ,
"MUfZ  
hjp?/i%TQ  
eS# 0-  
 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。 {^19.F  
 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）。 #]\G*>{  
uxJiec`&  
结果：光束质量优化 [,A'  
q2U"k  
` Ehgn?6'  
 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。 !VZCM{  
u(G;57ms  
PQ#-.K  
ToXFMkwY  
 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。） PH4bM  
om39;nk!}  
Y&Vbf>Hi+  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd -Aym+N9  
r_<i*l.  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 A)a+LW'=u  
<W|{)U?p  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。
Zu73x#pI  
BL^Hj  
m3!MHe~t  
 这意味着参数变化是的正态 \
hD bv5  
p~;z"Z  
pC.P  
2<./HH*f  
[&kk  
 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。 _q4dgi z  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 {[y"]_B4  
$zA[5}{ZtQ  
\yizIo.Y`  
_~&vs<  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run ;HwJw\fo  
soK_l|z:J  
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）  X_S]8Aa  
t"Rf67  
O.f3 (e!  
5*'N Q010  
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。 a9JJuSRC  
UHszOl  
总结 Uy'ZL(2  
XzFqQ-H  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 z#67rh{  
1.模拟 r<H^%##,w  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 >a~FSZf  
2.研究 qGUe0(
  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 z9c=e46O  
3.优化 0#GwhB  
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。 & b2(Y4  
4.分析 F?Nk:# V  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 .5r0%  
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。