[技术]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） 91R#/i  
Tm%5:/<8  
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 "Q:Gd6?h;  
Q{/z>-X\x  
J(1Tl  
,,H5zmgA  
简述案例 k1
Y\g'1  
Y9.3`VX  
系统详情 geQ!}zXWi  
 光源 8h] TI_  
- 强象散VIS激光二极管 yfl?\X{  
 元件 ((M,6Q}  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） /?.?1-HM  
- 具有高斯振幅调制的光阑 F^l1WX6  
 探测器 \h ~_<)  
- 光线可视化（3D显示） f_k'@e{  
- 波前差探测 80nEQT y  
- 场分布和相位计算 rS@/@jKZE  
- 光束参数（M2值，发散角） CJ<nUIy'z  
 模拟/设计 zs=3e~o3  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 O-, "/Z  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： -2.7Z`*(  
 分析和优化整形光束质量 XoN~d  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 :zL)O  
Y3 $jNuV  
系统说明 QE]'Dc%  
]J Yz(m[   
BlJiHz!  
模拟和设计结果 CCTU-Xz/  
dGZie.Zx  
数值探测器结果 S,5ok0R  
eRUdPPq_d  
ItVN,sVJb  
1I%u)[;>  
w=GMQ8  
总结 H-_gd.VD  
A-Ba%Fv  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 O:?3B!wF  
1.模拟 "#C2+SKM1  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 Sz5t~U=G  
2.评估 N R c4*zQJ  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 (Yewd/T  
3.优化 \ eHOHHAGW  
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。 8lQ}-8  
4.分析 <8WFaP3,  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 x/,;:S  
Yjoe|  
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。 D!`;vZ\>  
1Vpti4OmU  
详述案例 mCO1,?  
xQ
sxc  
系统参数 |k.'w<6mb9  
O3sV)  
案例的内容和目标 bZ*=fdh  
b 3x|Dq.  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 oSCaP,P  
5FOMh"!z\  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 #E]K*mE'  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 &%OY"Y~bI!  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 jOGdq;|  
z0[@O)Sj  
模拟任务：反射光束整形设置 &=lc]sk  
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。
svpQ.Q  
-,8LL@_  
]dUG=dWO  
P&0eu  
Vk{
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7 $y;-[
E[  
规格：像散激光光束 %]+R>+  
G)amng/  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 3
;>ls~4  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 8}|et~7!  
C8m9H8Qm  
E+]}KX:  
<r}wQ\F#  
v#,queGi  
?[JP[ qS  
规格：柱形抛物面反射镜 {SV/AN  
                         /DAR'9@h  
 有抛物面曲率的圆柱镜 9@|52dz%  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 GK$[!{w;  
 曲率半径等于焦距的两倍 kX8C'D4 gX  
c!IZLaVAr9  
_=mzZe[  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） sh :$J[  
/h>g-zb  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 h%/BZC^L]|  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） !1l~UB_  
 离轴角决定了截切区域 re*}a)iL  
Yc[umn^K  
规格：参数概述（12° x 46°光束） vhBW1/w&F  
yCxYFi  
   JI>Y?1i0O  
[lzd'  
光束整形装置的光路图 ~P|;Y<?3  
$7q3[skH  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 4\n ~  
 因为离轴抛物面镜的位置是相对于它的焦点，那么到反射镜2的距离z必须是负的。 'D21A8*N  
Go%Z^pF3CO  
反射光束整形系统的3D视图 d"XZlEV  
F
Ct<h/  
YPGM||  
+[G9PP6  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 M`Q$-#E:  
 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）。 (4FVemgy  
e"hfeNphz  
详述案例 <D a-rv8  
H~FI@Cf$L  
模拟和结果 /"X_{3dq?  
NsB]f{7>8+  
结果：3D系统光线扫描分析 QoYEWXT|g  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 Wj.t4XG!  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 %5e|  
fOi Rstci  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd l|.}>SfL^u  
^+yz}YFM  
使用参数耦合来设置系统 xX&B&"]5  
M+%Xq0`T  
x17:~[c']  
自由参数： iM!2m$'s  
 反射镜1后y方向的光束半径
&'u|^d  
 反射镜2后的光束半径
_*AI1/>`  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） 27!FB@k-  
 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。 v.]{b8RR  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 BHr,jC  
33~MP;  
'x%gJi#  
pB:XNkxL
 
Tf3CyH!k  
'iW  
BeUyt  
自由参数： RZHfT0*jL  
 反射镜1后y方向的光束半径 =NY;#Jjn  
 反射镜2后的光束半径 n.@HT"  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） )^(gwE  
 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。 wh(_<VZ  
y_9\07va<  
/NQrE#pb  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 'pt(  
@ZISv'F  
J_7w_T/  
结果：使用GFT+进行光束整形 `"=Hk@E  
:of([e|u6  
=K:[26  
q|ce7HnK  
Sn[xI9}O  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 |Z>-<]p9g  
kEh\@x[  
x+Yo#u22  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 
ZQlk 5  
[3X\"x5@V  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 u.yR oZ8/!  
E7O3$B8  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： S]@;`_?m{  
k[8F: T-  
k'8q/]  
~Z5AImR|  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd G y[5'J
`  
WD%(RC"Q  
结果：评估光束参数 vN(~}gOd\  
O[ z0+Q?6Z  
I3>8B  
 从生成的整形光束场分布，可以评估光束参数。 可以直接通过使用探测器界面实现。 ! \s}A7  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M²值感兴趣。 ?pIELezfK  
_o9axBJs  
+=/j+S`  
 整形光束在x和y方向上显示了一个几乎相同的半径。 发散角大约是4urad。
Dspvc  
 M²值明显高于1。（与理想高斯光束相比，高M²值是由光束偏离引起的） 7@"X?u
o%o  
h2'6W)  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd =bh: U90y  
62ru%<x=  
光束质量优化 4 Y=0>FlY0  
(EcP'F*;;y  
,LwinjHA*  
 通常，使用合适的高斯调制光阑以用于优化M²值。 因此，我们使用测量的半径作为腰束半径（消除发散角）来生成一个高斯光束。 Osz=OO{  
 之后，将接收场转换成一个透射函数。 将该传输函数用作光阑（在一个透射函数元件中）。 'TYO-'aC  
M.Q HE2  
结果：光束质量优化 oO;L l?~  
d3znb@7  
3P
kZXeH/  
 由于通过高斯孔径传播，光束显示出理想高斯形状。 因此，M²值在两个方向上几乎都是1。 jvQ^Vh!mC  
_Yo)m|RaB  
+7%?p"gEY\  
bYLYJ`hH<R  
 然而，光束半径是略有减少。（光束半径显示在最后一张幻灯片是由于其偏离了理想高斯。） \SmsS^z(]  
~U w<e~  
kLzjK]4*  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd I'IFBVhaYn  
jUE:QOfRib  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 cS Lj\'`b  
n=j)M  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 XcNL\fl1  
2@bOy~$A  
<SJ6<'  
 这意味着参数变化是的正态 >e;jGk?-  
(_#E17U)_  
7W}%ralkg  
97 SS0J  
 p[&Jl  
 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。 =ttD5p  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 t8Pf~v  
s:'>G;p  
]a.e;c-  
PI L)(%
X  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run `<>#;%  
}],l 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） )-X8RRw'  
?J6Ek*E#  
T7i>aM$+  
D0 k ,8|  
由于波前差和因此校准的偏差更大，M²值明显增加。可以使用高斯孔径来减少。 gm5%X'XL  
9.xb-m7  
总结 j8Mt"B  
2wO8;wiA  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 78]*Jx>L  
1.模拟 rZ,3:x-
:  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 ag8)^p'9  
2.研究 W0x9^'=s\  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 ta.Lq8/  
3.优化 ;4-$C=&  
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。 ,l!>+@  
4.分析 dSjO12b  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。  cL .z{  
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。