[技术]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） ,)/gy)~#  
)[fjZG[  
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 2-!OflkoM0  
OAJGwm  
mN^w?R41m  
7k,pUC-w7c  
简述案例 I|zak](HU  
PD #9Z=Hj  
系统详情 e_RLKFv7  
 光源 v:\8  
- 强象散VIS激光二极管 DJ_[{WAV  
 元件 ,LI$
=lJ@  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） loRT+u$&  
- 具有高斯振幅调制的光阑 5Ku=Xzvq  
 探测器 O2i7w1t  
- 光线可视化（3D显示） LLyw9y1  
- 波前差探测 U*sjv6*T  
- 场分布和相位计算 Lx%*IE|c
 
- 光束参数（M2值，发散角） q4u,pm,@  
 模拟/设计 "/e_[_j  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 -R%T Dx  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： g)?Ol  
 分析和优化整形光束质量 \Ui3=8(
 
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 WX"iDz.  
k=]#)A(#C  
系统说明 *JnY0xP  
@*?)S{8  
Fl0(n #L  
模拟和设计结果 #jrtsv]  
SEfRU`  
数值探测器结果 o<h2]TN  
zM+4<k_dH]  
^}SP,lg'  
5Zf^cou  
-VZn`6%s  
总结 87!D@X
n  
^bM\:z"M  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 oW}nr<G{
<  
1.模拟 m}UcF
oaO  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 _+!@c6k)ra  
2.评估 ./]xn  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 6ZO6O=KD  
3.优化 [T |P|\M  
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。 mpr_AL!ZO~  
4.分析 G]]"Jc  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 sKy3('5;  
YD3jP}Ym  
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。 !S.O~Kq  
#B!|sXC  
详述案例 n;@.eC,T/  
ZLj
EH7  
系统参数 v)p'0F#6A  
2jf73$F  
案例的内容和目标 RWg'W,v=!  
?rm3Iac0S  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 (]E0fjk  
/0Jf/-}ovn  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 ) $`}~  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 z*a-=w0  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 Pz^C3h$5_  
')
Q  
模拟任务：反射光束整形设置 ~'V&[]nh8  
引入的反射光束整形装置是基于一个反射镜系统，此系统由两个抛物面圆柱反射镜镜与抛物面截面反射镜组成。焦点距离和镜子的位置取决于输入光束的发散角。 lw]uH<v  
Ucx"\/"  
PglSQ2P  
#a`D6;  
eJ*u]GH U  
)3IUKz%\6p  
规格：像散激光光束 .FN;3HU  
/[=Yv!  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 E^
iShe  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 2tb+3K1  
vbD""  
sYq:2Wn>8Q  
r6eZ-V`4  
i]#"@xQ  
M}! qH.W  
规格：柱形抛物面反射镜 zv7)JH7EV&  
                         BTzBT%mP  
 有抛物面曲率的圆柱镜 ~.tl7wKkR/  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 =F2`X#x_j  
 曲率半径等于焦距的两倍 /F$E)qN7n  
F pT$D  
86pA+c+U  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） ;reBJk  
p,V%wGM  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 ih|;H:"^  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） R XCjYzt  
 离轴角决定了截切区域 3ey.r%n  
Z2L7US-  
规格：参数概述（12° x 46°光束） !|W.YbS  
@Di!~e6  
   gyQPQ;"H$2  
4ClSl#X#i  
光束整形装置的光路图 p"
FWAC
!  
A0>r]<y  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 r#A*{4wz  
 因为离轴抛物面镜的位置是相对于它的焦点，那么到反射镜2的距离z必须是负的。 Qgf\"s  
27+~!R~Yw  
反射光束整形系统的3D视图 f
|=
u{6  
P(s:+  
A/"<o5(T(P  
|ZM>UJ  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 ;"2VU"  
 绿线表示生成的光轴，由VirtualLab的基础定位方法生成（仅仅设置了距离z和倾角）。 Lu~E5 ,  
k*u6'IKi.4  
详述案例 _s+G02/q1  
d
iNAT`|?#  
模拟和结果 Z4X, D`s  
1S(n3(KRk$  
结果：3D系统光线扫描分析
V%{WH}  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 h56Kmxxk  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 kS35X)-  
s3T7M:DM4  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd ubZJUm  
/k[8xb  
使用参数耦合来设置系统 @eZBwFe  
Vo6+|ztk|  
h-//v~V)  
自由参数： |VzXcV-"8)  
 反射镜1后y方向的光束半径 lu6iU  
 反射镜2后的光束半径 f~*7hv\  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） mlCBstt{  
 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。 Z)IF3{*  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 Fg 8lX9L  
5HsF#  
piH0_7qr  
pGfGGY>i%  
dF09_nw  
,2rfN"o  
u;]xAr1  
自由参数： :\I*_00!  
 反射镜1后y方向的光束半径 B;F~6i  
 反射镜2后的光束半径 2y \ogF  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） ,NvXpN  
 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。 TqL+^:cq  
$}r.fji,c  
0)cSm"s  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 8MI8~
 
)#8g<]q  
!yVY[  
结果：使用GFT+进行光束整形 'l`prp3  
@tPr\F  
rQ_]%ies8  
\gkhSL
q  
6D[
]Jf,9  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 w[\rS`J  
 BdiV  
lz::6}  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 ^a`3)WBv8  
Ue60Mf
  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 WR`NISSp  
)`(]jx!  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： JBLUX,  
yNEU/>]>2  
7i{(,:  
VH~YwO!x  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd b1cVAfUP  
Ncsh{.
  
结果：评估光束参数 4xq|  
N6of$p'N  
Y)]C.V,~  
 从生成的整形光束场分布，可以评估光束参数。 可以直接通过使用探测器界面实现。 L-:@Om!  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M²值感兴趣。 0}qlZFB  
;1PJS_@rX  
5-$D<}Z  
 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。 ;3wO1'=  
 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） rm9>gKN;#  
L'S,=NYXY  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd jwAYlnQ^EM  
ypG*41  
光束质量优化 F[$cE  
e3W~6P  
1%*\*z  
 通常，使用合适的高斯调制光阑以用于优化M²值。 因此，我们使用测量的半径作为腰束半径（消除发散角）来生成一个高斯光束。 rD4umWi  
 之后，将接收场转换成一个透射函数。 将该传输函数用作光阑（在一个透射函数元件中）。 IQ_s]b;z  
Hnk&2bY  
结果：光束质量优化 hmd3W`8D  
|idw?qCn  
~CkOiWC0  
 由于通过高斯孔径传播，光束显示出理想高斯形状。 因此，M²值在两个方向上几乎都是1。
GVJ||0D  
E/a2b(,Tg  
R'zi#FeP  
HnKgD:  
 然而，光束半径是略有减少。（光束半径显示在最后一张幻灯片是由于其偏离了理想高斯。） Wh| T3&  
j}",+Hv  
ZK'46lh  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd z)U7  
@`C'tfG/4  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 L;$>SLl,  
ltDohm?  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 :&TM0O  
Z:7eroZP  
>@Ht*h{~  
 这意味着参数变化是的正态 -qDqJ62mC  
(^y"'B  
]#^v754X^T  
rG6G~|mS  
_Iav2=0Wi  
 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。 gee~>l  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 ?..BA&zRk  
th[v"qD9G  
Vi-Ph;6[  
l7qW)<r  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run mu@J$\   
N;'c4=M~(  
第一个随机公差的典型强度分布：（相应的均方根波前差：1.08λ，40.4λ，140λ） bA#9'Qu^j  
rf%lhBv  
C'|9nK$%  
X:g5;NT  
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。
/
CNsGx%%  
*$-X&.h[  
总结 0Q&(j7`^@  
,7Hyrx`  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 FUI*nkZY  
1.模拟
eN,9N]K  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 }8
Y! -qX  
2.研究 ,GYQ,9:  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 .
waw=C  
3.优化 8R3{
YJ6@T  
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。 v f{{z%3T  
4.分析 zG6l8%q'UE  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 bc'Io
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。