光束传输系统(BDS.0005 v1.0) !8Q9RnGn
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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 9/LJtM
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kNTxYJ X.<2]V7!
简述案例 8rgNG7d t^@4n&Dg 系统详情 )z2hyGX 光源 Se&%Dr3Nv - 强象散VIS激光二极管 8??%H7~ 元件 kR|(hA,$N - 光束准直和整形的反射元件(例如圆柱抛物面镜) Wy,Tf*[ - 具有高斯振幅调制的光阑 vCtag]H2@ 探测器 Y([vma>U] - 光线可视化(3D显示) h5R5FzY0& - 波前差探测 ppo\cy; - 场分布和相位计算 B=J/HiwV) - 光束参数(M2值,发散角) IDr$Vu4LCW 模拟/设计 |&a[@(N:zf - 光线追迹(Ray Tracing:):基本系统预览和波前差计算 k84JDPu# - 几何场追迹+和经典场追迹(Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing): ZVmgQ7m 分析和优化整形光束质量 }9ZcO\M 元件方向的蒙特卡洛公差分析 LuIs4&[EW 7U {g'< 系统说明 >QM$
NIf@ kVb8 $Sp
Gn%gSH/ 模拟和设计结果 dsJHhsu6 UHW;e}O5
iv62Fs' 场(强度)分布 优化后
数值探测器结果 Q!dNJQpb
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+A,t9 3:k ;l6tZ]-" 总结 )51H\o
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J.sa&\H 实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 x9!vtrM\Zr 1.模拟 N/fH% AtM 使用光线追迹验证反射光束整形装置。 Pkw` o # 2.评估 &D 4Ci_6k 应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 5=--+8[ bV 3.优化
x=(cQmQ 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。 Kq0!.455 4.分析 R83Me#& 通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 D*R49hja{ W} U-u{Z 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。 ^.9I[Umua Dj9).lgc 详述案例 8+<vumnw
X4R+Frt8 系统参数 r%/*,lLO Z{ A) 案例的内容和目标 IL]VY1'#
yS[Z%]bvU 在BDS.0001,BDS.0002,BDS.0003和BDS.0004案例中,研究了折射光束传输系统。 &<E*W*b[ $}/ !mXI5
/WJ*ro]Hd$ 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 WurpHOJt+ 之后,研究并优化整形光束的质量。 @*gm\sU4 另外,探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 a9GLFA8Vq Z)zWfv} 模拟任务:反射光束整形设置 iPxhDn<B 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。 bstc|8<
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lll]FJ1 =U5lPsiv,3
m b\}F9 ,/;mK_6 规格:像散激光光束 |QvG;{! o0p%j4vac 由激光二极管发出的强像散高斯光束 -m:i~^
u 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 0NB6S&lI^k
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"3*Chc Xh/i5}5 t
规格:柱形抛物面反射镜 :H$D-pbJ4 (c<Krc
h 有抛物面曲率的圆柱镜 wR?M2*ri 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 [y73
xF 曲率半径等于焦距的两倍 #cBt@SEL' d))(hk: lGI5 规格:离轴抛物面圆柱镜(楔型) 9K@>{69WQ $Gs&'
yR 对称抛物面镜区域用于光束的准直 D@yg)$;z 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜(楔型) ^IxT.g 离轴角决定了截切区域 _be*B+?2 t *=1;HN3 规格:参数概述(12° x 46°光束) fn zj@_{| \*H/YByTb
X3DXEeBEL E/<[G? 光束整形装置的光路图 K2TO,J3 E hv'~S
h94SLj] 由于VirtualLab的相对坐标系统,则仅需设置z方向的距离。 OYJy;u3" 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。 8{HeHU @^y/V@lDm 反射光束整形系统的3D视图 N7%+n*Z
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,@=qaU N5rY*S 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 JEX{jf 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)。 GdavCwJ `e0U-W]kF 详述案例 p3:x\P<| Hw5\~!FX 模拟和结果 K6kPNi e_+`%A+- 结果:3D系统光线扫描分析 PNXZ 3:W 首先,应用光线追迹研究光通过光学系统。
O+1e 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 y6'Fi(2yw YH^_d3A; file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd Dn _D6H V-CPq 使用参数耦合来设置系统 5j`"@C5;O
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自由参数: L1`^~m|
反射镜1后y方向的光束半径 !o*BRR*
反射镜2后的光束半径 GEwgwenv
视场角,这决定了离轴取向(这些值保存为全局变量) %4 cUa| =?
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。 @QtJ/("&WC
对于此计算,应用了嵌入的参数耦合功能。 EuqmA7s8A
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g?UG6mFbE 自由参数: Y>EwU 反射镜1后y方向的光束半径 OekcU%C 反射镜2后的光束半径 aZ2liR\QE 视场角,这决定了离轴取向(这些值保存为全局变量) m:/@DZ 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。 &6,GX7]Fo bOux8OHt* $I-$X? 如果这个例子评估20个参数,那么返回到光路图(LPD)。
YWM$% ;=hl!CB &529.> 结果:使用GFT+进行光束整形 Gp$[u4-6M6 ~*Ve>4
eg)=^b :D-d`OyjG> gGN[AqR 现在,利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。
n<\^&_a p{!aRB% u~Q0V J~ 由于离轴设置,光线分布显示出轻微的不对称形状。
KwWqsuju G-Z_pGer^ 不过,场分布几乎是对称的(最好是使用伪色(false colors))。
%B3E9<9>U X.,SXNS+B 产生的相位是完全平坦的,产生的波前误差:
d#I'9O0& 17H_>a\`
aC X](sN X6!u(plVQ file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd
M\,0<{ y .S0^ 结果:评估光束参数 1]fqt[*) x+nrdW+ Hy|$7]1 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。
J^pL_ 在这个例子中,我们对光束半径,发散角和M²值感兴趣。
c>!>D7:7
=bZ>>-< =nA;,9% 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。
Ws4aCH 1 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)
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