[技术]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） wp8-(E^  
(/&ht-~EL  
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 aH%tD!%,o  
8 rE`  
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K; hP0J  
简述案例 2>x[
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z,C>Rh9Id  
系统详情 Tf$>^L  
 光源 b)X
Gr?  
- 强象散VIS激光二极管 #0*I|gfV  
 元件 A ?~4Pe  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜）  ;1,#rTs  
- 具有高斯振幅调制的光阑 2&s(:=  
 探测器 jMR9E@>~E  
- 光线可视化（3D显示） *x#5S.i1  
- 波前差探测 %^I
7=  
- 场分布和相位计算 ss|n7  
- 光束参数（M2值，发散角） )('{q}JxV  
 模拟/设计 7~MWp4.  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 DT;;4-{  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： S
)2Uoj  
 分析和优化整形光束质量 T8T,G4Q  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 -xH3}K%  
w+%p4VkA<r  
系统说明 S +73 /Vs  
^CDh! )  
;rCCkA6  
模拟和设计结果 ~te{9/   
~fgS"F^7n  
数值探测器结果 c3Ig4n0Y>  
}2?-kj7  
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#zd}xla0]  
,n5 [Y)  
总结 %%O_:@9x,  
Mr K?,7*Xi  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 +w3k_^X9c  
1.模拟 #0qMYe>Y  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 oB}rd9  
2.评估 v}z{OB  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 
fV/  
3.优化 s.}:!fBk  
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。 ~Oj-W6-+&,  
4.分析 *UG=dl#F#  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 f7]C1!]  
;}4e+`fF|  
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。 $J:~jY/J  
GZFLJu  
详述案例 '-X913eG!  
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m  
系统参数 q/tC/V%@(  
xF9PjnWF=  
案例的内容和目标 oakm{I|k}  
1Yv#4t  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 pK2n'4 C  
obIYC  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 w~9=6|_  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 &4l>_  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 ?#;zB  
|a Ht6F  
模拟任务：反射光束整形设置 !g-19at  
引入的反射光束整形装置是基于一个反射镜系统，此系统由两个抛物面圆柱反射镜镜与抛物面截面反射镜组成。焦点距离和镜子的位置取决于输入光束的发散角。 {~d8
_%:b  
d`+cNKf  
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ViT$]Nv  
Mio~CJ"?  
规格：像散激光光束 S)\%.~ n  
$lrq*Nf9c  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 }h)[>I(  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 ]hkway  
*[_>d.i  
R'r^v  
vN4g#,<  
BK:S:  
wKAc ;!  
规格：柱形抛物面反射镜 #G ZGk?  
                         "&/&v  
 有抛物面曲率的圆柱镜 nMHs5'_y  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 `#~HCl  
 曲率半径等于焦距的两倍 pb5'5X+  
sj@'C@oK  
/\9X0a2h|E  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） vb.`rj6  
9f4#b8  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 u
U]4)Hp  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） ^*]0quu=z  
 离轴角决定了截切区域 \/9uS.Kw  
s],+]<qX  
规格：参数概述（12° x 46°光束） `QlChxd  
%h%^i   
   BI]%$rq  
Mc6?]wDB]  
光束整形装置的光路图 =ITMAC\  
vF K&.J
 
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 q<b;xx  
 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。 pFg9-xd%  
XoaBX2  
反射光束整形系统的3D视图 H{P"$zj`l  
)nS;]7pB@  
bd2"k;H<o  
/tf}8d  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 f,Sybf/uHh  
 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）。 zRJopcE<  
>i4UU0m  
详述案例 -_ [Z5%B  
a-,BBM8|  
模拟和结果 xF_ Y7rw1w  
$IQ !g  
结果：3D系统光线扫描分析 3L4lk8Dd  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 lfKrd3KS_  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 6;GL>))'  
#]|9aVrr  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd S3Tww
]q  
9\i,3:Qc  
使用参数耦合来设置系统 R g
EKs"e  
8_ns^6XK5p  
('xu2 ;<  
自由参数： v>$GVCY  
 反射镜1后y方向的光束半径 q"A(l  
 反射镜2后的光束半径 g0^%X9s  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） 2`l$uEI3oJ  
 由于功能原理，所有系统参数（距离，焦距，直径）可以由光束参数分析计算。 ^m{kn8  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 L;'+O u  
XWbe|K!e  
:D?%!Q 0  
a$FELlMv  
-[x^z5Ee`  
>'8.>f  
}$;T.[ ~  
自由参数： /"Om-DK%  
 反射镜1后y方向的光束半径 1z$;>+g<  
 反射镜2后的光束半径 {JzX`Z30l  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） &S<tX]v
 
 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。 WFg'G>*  
lvb0dOmY  
Tfgx>2  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 I, .`w/I+  
>GgX-SZ%  
%"DEgIP  
结果：使用GFT+进行光束整形 u/cL[_Q  
v/Z}|dT"  
NJ7N*  
U^~K-!0  
."PR Z,  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 t[
F tIj6  
yIbz\3  
f 7et  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 pH?VM&x  
OHqLMBW!!  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 'sY>(D*CQ  
As1Er[>  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： l@<^V N@  
@ MNL  
r&xqsZ%R  
i3*?fMxhu)  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd IJo`O  
pR&cdORsP  
结果：评估光束参数 lVXgp'!#j  
netKt_  
I1&Z@[  
 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。 n@5pS3qZ  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M²值感兴趣。 M,t8<y4W/  
AzN.vA)q  
DhY9)>4M  
 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。 rNqJL_!  
 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） (Y'rEc#H&z  
Q{H88g^=J  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd ~5`rv1$  
Yiu)0\ o  
光束质量优化 R?>a UFM  

u|WX?@\  
;MCv  
 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。 /pFg<  
 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）。 vf~q%+UqK  
|>A1J:  
结果：光束质量优化 S]9:3~  
]BP/KCjAI<  
Nb#E+\q  
 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。 E`iT>+LG<  
mh.0% 9`9  
}9:\#  
L,waQk / @  
 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。） KHcfP7  
M$%aX,nk'  
2j4VW0:  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd Rr4r[g#  
0FjSa\ZH  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 1<<`T%&  
=d7lrx+z  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 /I$g.f/#  
-C
T?JB  
/%Rz`}  
 这意味着参数变化是的正态 -YA1Uk  
@a>+r1  
*u 3K8"XZ  
A:p7\Kp;5}  
sTeL4g|%{  
 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。 ^%#v AS  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 6rt.ec(  
;r^8In@6  
Bu>srX9f  
K^A\S  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run h 
k
(2,z  
@w,-T@nAW  
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） 9j:?s;B  
`B :Ydf  
HP.
j.  
UG&/0{j5XV  
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。 Nypa,_9}  
H:,rNaz7D^  
总结 !ygh`]6V  
lsY5QE:Qrp  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 9"=:\PE  
1.模拟 j@ UIN3  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 IA$:r@QNx8  
2.研究 R\A5f\L9  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 wcsUb9(  
3.优化 ="d}:Jl  
通过使用显示出高斯整形孔径函数和经典场追迹引擎来优化M2参数。 1W$@ V!  
4.分析 %:N5k+}  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 r<UZ\d -  
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。