[技术]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） 29grbP  
CE M4E  
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 }-:B`:K&  
(LsVd2Ab
R  
4Yvz-aSyO  
k(G6` dY  
简述案例 P]m{\K  
3~fi#{  
系统详情 <SJ6<'  
 光源 1^^{;R7N  
- 强象散VIS激光二极管 D,=~7/g  
 元件 z(c8]Wu#  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） lrc%GU):  
- 具有高斯振幅调制的光阑
7Wef[N\x  
 探测器 &FmTT8"l  
- 光线可视化（3D显示） wxBHlgK4z  
- 波前差探测 nY MtK  
- 场分布和相位计算 f-#:3k*7S  
- 光束参数（M2值，发散角） |?jgjn&RQ  
 模拟/设计 GTB\95j]  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 H,c1&hb/w  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： $`UdG0~  
 分析和优化整形光束质量 ^}2!fRKAmo  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 >A{e,&  
RNB-W%  
系统说明 qy?$t:*pp  
@ *Jbp  
{ (.@bT@  
模拟和设计结果 zU[o_[+7^  
Wj3i*x$  
数值探测器结果 8r>\scS  
b,:^\HKC  
v8)wu=u  
CV HKP[-  
$-^&AKc  
总结 (ID%U  
sh,4n{+  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 Wk^{Tn/]  
1.模拟 k
ReZch}  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 P_jav0j7g  
2.评估 c^"4l 9w  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 prM)t8S

E  
3.优化 "&XhMw4  
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。 7]So=%q  
4.分析 z z]~IxQ  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 ;\pINtl9<  
|63uoRr  
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。 cb'Y
a_  
6VQQI9  
详述案例 F+VNrt-  
"<Di  
系统参数 U`N?<zm<oO  
2ia&c@P-  
案例的内容和目标 lNc0znY  
h('5x,G%  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 RJ3uu NK7  
| J'k9W"  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 U*N{H$ACuR  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 l %zbx"%x  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 3 u=\d)eq  
G$_)X%Vb I  
模拟任务：反射光束整形设置 Qd~7OH4Lp  
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。 gs0
jwI  
5KbPpKpd  
}'{"P#e8"q  
1Q^u#m3  
jB9~'>JY  
V@RdvQy  
规格：像散激光光束 AEf[:]i]  
e6
J>qwD?  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 V*?QZ;hCP  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 z+M{zr  
g~|vmVBua  
2N(Z^  
GGLSmfb)  
3y$6}Kp4?  
-1$z=,q'  
规格：柱形抛物面反射镜 Xsn M}  
                         ])
v61B  
 有抛物面曲率的圆柱镜 g<DXJ7o  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 <7T}b95  
 曲率半径等于焦距的两倍 LB.B w  
k!z.6di  
g>7i2  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） TXd6o=  
EAr;  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 {[bpvK  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） F&CvqPI  
 离轴角决定了截切区域 K)1Lg?j  
Q|VBH5}1O  
规格：参数概述（12° x 46°光束） fGH
)Fgo`  
<tO@dI$~>  
  
2ER_?y  
rT-.'aQ2t  
光束整形装置的光路图 `X()"Qw  
j,%i.[8S  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 eC 2~&:$L  
 因为离轴抛物面镜的位置是相对于它的焦点，那么到反射镜2的距离z必须是负的。 Gys-Im6>~@  
7[L%j;)bw  
反射光束整形系统的3D视图 f]sR4mhO  
Bn.R,B0PL  
SMd[*9l [  
n0K+/}m  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 5KTFf6Uq  
 绿线表示生成的光轴，由VirtualLab的基础定位方法生成（仅仅设置了距离z和倾角）。 grI#'x  
l7<VHz0b  
详述案例 &_@M 6[-  
^G5fs'd  
模拟和结果 5&A' +]  
"9X(.v0ze  
结果：3D系统光线扫描分析 DP*$@5  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 ?#doH,  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 S,,Wb&A$  
'F*OlZ!BWy  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd bF;|0X$ x  
",5=LW&,  
使用参数耦合来设置系统
SN7_^F  
<Nloh+n=  
o8A8fHl  
自由参数： cYOcl-*af  
 反射镜1后y方向的光束半径 ,DCUBD u&  
 反射镜2后的光束半径 0>;[EFL  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） #K`[XA  
 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。 _ Fk^lDI-  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 $QT% -9&  
cF iTanu  
2>J;P C[;  
D4@(_6^  
8A*tpMV?J
 
4Pf"R~&[  
,Cy&tRjR B  
自由参数： PVN`k, 4  
 反射镜1后y方向的光束半径 H
FYe@2r  
 反射镜2后的光束半径 2]x,joB  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） n(n7"+B  
 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。 n"~K",~P  
E3x<o<v  
$fPiR  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 c*(=Glzn  
fkk9&QB%(  
od!s5f!  
结果：使用GFT+进行光束整形 `sv]/8RN  
pJo4&Ff  
@P=n{-pIW  
h9nh9a(2  
A~s6~  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 tPw7zFy6r  
h-m0Ro?6  
HuxvIg  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 >RiU/L
 
d(5j#?  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 ,z((?h,nm  
'81Rwp  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： d%!yFix;<  
f8f|'v|  
JvJ)}d$,&  
Ghe@m6|D  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd ILHn~d IC  
l`:-B'WM  
结果：评估光束参数 G+3uY25y  
Aq$o&t  
4i29nq^n  
 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。 SS;'g4h\6  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M²值感兴趣。 *@YQr]~ ;  
+xr;X 9  
?.MlP,/K  
 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。 Kc3/*eu;  
 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） |g\CS4$  
3 "|A5>Vo  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd S! .N3ezn  
YIl,8! z~  
光束质量优化 1-G-p:|  
BK.RY
SN  
UwDoueXs  
 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。 $BOIa  
 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）。 $K1
)2WG  
?Xp+5{  
结果：光束质量优化 )VG_Y9;Xk:  
Sh<A936/E  
6U]"i
 
 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。 u/`x@u  
JNA_*3'  
52*KRq o  
.n}k,da@(  
 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。） oIKuo~  
j2#B l  
z)*\njYe  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd O(T6Y80pU  
A+hT2Ew@t}  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 )U2%kmt  
\@7 4I7  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 DEenvS`,P  
w< |Lx#L}  
7$:Jea  
 这意味着参数变化是的正态 * \tR  
1[". z{V3*  
uq]E^#^  
7"{
CBbT  
wV{VV?h}  
 对于这个例子，假设每个反射镜都有±0.1°的角度偏差（绝对的方向）。 由于这个偏差，整形光束的波前差明显增加。 Q,\S3>1n  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 PE+{<[n  
~rbJtz  
sO&eV68 [  
jTok1k  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run i#Fe`Z ~J  
l37l| xp~  
第一个随机公差的典型强度分布：（相应的均方根波前差：1.08λ，40.4λ，140λ） A)f/ww)Q  
%U&ztvR0C  
ze#ncnMo  
&_Gu'A({J  
由于波前差和因此校准的偏差更大，M²值明显增加。可以使用高斯孔径来减少。 
I8:G:s:  
zXeBUbVi  
总结 |Fzt| \  
R!_1*H$  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 { *Wc`ZBY  
1.模拟 au7@-_  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 :,MI,SwnS  
2.研究 $/P\@|MqYQ  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 d|$-l:(J  
3.优化 j(Tk6S  
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。 1);E!D[  
4.分析 -k@Uo(MB  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 h,2?+}Fn  
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。