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 k1Y\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 80nE QT
y - 场分布和相位计算 r S@/@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
(T1< (YZ 场(强度)分布 优化后
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 Yjoe| 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!`;v Z\> 1Vpti4OmU 详述案例 mCO1,?
xQsxc 系统参数 |k.'w<6mb9 O3 sV) 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\
2cCiHEL # 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{;g 7
$y;-[E[ 规格:像散激光光束 %]+R>+ G)amng/ 由激光二极管发出的强像散高斯光束 3;>ls~4 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 8}|et~7!
C8m 9H8Qm
E+]}KX:
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规格:柱形抛物面反射镜 {SV/AN /DAR'9@h 有抛物面曲率的圆柱镜 9@|52dz% 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 GK$[ !{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 $7q3[skH
"<iH8MzZ 由于VirtualLab的相对坐标系统,则仅需设置z方向的距离。 4\n
~
因为离轴抛物面镜的位置是相对于它的焦点,那么到反射镜2的距离z必须是负的。 'D21A8*N Go%Z^pF3CO 反射光束整形系统的3D视图 d"XZlEV
FCt<h/
YPGM|| +[G9PP6 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 M`Q$-#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!FB@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
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Tf3CyH!k
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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。
Z Qlk 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$B8 产生的相位是完全平坦的,产生的波前误差:
S]@;`_?m{ k[8F: T-
k'8q/] ~Z5AIm R| file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd
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y[5'J` WD%(RC"Q 结果:评估光束参数 vN(~}gOd\ O[ z0+Q?6Z I3>8B 从生成的整形光束场分布,可以评估光束参数。 可以直接通过使用探测器界面实现。
! \s}A7 在这个例子中,我们对光束半径,发散角和M²值感兴趣。
?pIELezfK
_o9axBJs +=/j+S` 整形光束在x和y方向上显示了一个几乎相同的半径。 发散角大约是4urad。
Dspvc M²值明显高于1。(与理想高斯光束相比,高M²值是由光束偏离引起的)
7@"X?uo%o h2'6W) file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd
=bh: U90y 62ru%<x= 光束质量优化 4
Y=0>FlY0 (EcP'F*;;y ,LwinjHA* 通常,使用合适的高斯调制光阑以用于优化M²值。 因此,我们使用测量的半径作为腰束半径(消除发散角)来生成一个高斯光束。
Osz=OO{ 之后,将接收场转换成一个透射函数。 将该传输函数用作光阑(在一个透射函数元件中)。
'TYO-'aC M.Q
HE2 结果:光束质量优化 oO;L l?~ d3z nb@7 3PkZXeH/ 由于通过高斯孔径传播,光束显示出理想高斯形状。 因此,M²值在两个方向上几乎都是1。
jvQ^Vh!mC _Yo)m|RaB
+7%?p"gEY\ bYLYJ`hH<R 然而,光束半径是略有减少。(光束半径显示在最后一张幻灯片是由于其偏离了理想高斯。)
\SmsS^z(] ~U w<e~
kL zjK]4 * file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd
I'IFBVhaYn jUE:QOfRib 反射镜方向的蒙特卡洛公差 cS Lj\'`b n=j)M 对于公差,在随机模式下我们使用参数运行特性。
XcNL\fl1 2@bOy~$A <SJ6<' 这意味着参数变化是的正态
>e;jGk?- (_#E17U)_
7W}%ralkg 97 SS0J p[&Jl 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。
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]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)
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T7i>aM$+ D0 k ,8| 由于波前差和因此校准的偏差更大,M²值明显增加。可以使用高斯孔径来减少。
gm5%X'XL 9.xb-m7 总结 j8M t"B 2wO8;wiA 实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。
78]*Jx>L 1.模拟 rZ,3:x-: 通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。
ag8)^p'9 2.研究 W0x9^'=s\ 为了计算场分布和评价光束参数,应用几何场追迹+(GFT+)引擎。
ta.Lq8/ 3.优化 ;4-$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。