[技术]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） IVR%H_uz  
n>Ff tVZNJ  
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 (\AN0_  
P%3pM*.  
G|wtl(}3  
g>lZs  
简述案例 5'zXCHt  
RzEzNV  
系统详情 Tuln#<:  
 光源 R;< q<i_l  
- 强象散VIS激光二极管 GcBqe=/B!  
 元件 s4|\cY`b-  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） Un6R)MVT  
- 具有高斯振幅调制的光阑 6r)P&J  
 探测器 ]~TsmR[  
- 光线可视化（3D显示） ^""edCs  
- 波前差探测 a1Fx|#! mq  
- 场分布和相位计算 &hOz(825r  
- 光束参数（M2值，发散角） H1bR+2s  
 模拟/设计 xRh 22z  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 1JJs
YX  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： >US*7m }  
 分析和优化整形光束质量 H[=\_X1o(  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 Y}?8  
">H
*InF  
系统说明 rAenxZ,tF  
~7]V^tG  
jI-a+LnEm  
模拟和设计结果 P'W} ]mCD  
4V+bE$Wu  
数值探测器结果 ^? fOccfQ{  
dOhSqx56  
F? #3  
NoI|Dz  
yM_/_V|G  
总结 yJA~
4  
].d2CJ'  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 +-izC%G  
1.模拟 5zl+M`  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 &jqaW2  
2.评估 3jx%]S^z|  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 ?@64gdlwq  
3.优化 \
""^
'pP@  
利用一个具有高斯形状孔径函数的光阑和经典场追迹引擎来优化M2参数。 iN;Pg_Kq  
4.分析 6!<I'M'[e  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 P>/:dt'GJ}  
s(,S~  
对于复杂的光束整形装置，特别是离轴系统，可以使用VirtualLab来进行高效的模拟和分析。模拟过程中，根据情况应用不同的模拟引擎。 sy&[Q{,4  
+f3Rzx]  
详述案例 [|]J8o@u^  
4Gu'WbJ  
系统参数 `+H=3`}
X  
xR+vu>f  
案例的内容和目标 *$Q>Om]  
QPlU+5Cx  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 &^=Lr:I  
(NJ{>@&  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 5y#,z`S  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 (.J/Ql0Y  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 'E|%l!xO  
O NabL.CV  
模拟任务：反射光束整形设置 qGinlE&\  
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。 #:)'D?,  
5KCQvv\  
OSu&vFKz  
z/7q
#~J,  
)_#V>cvNG  
+B?qx Q  
规格：像散激光光束 ?ANWI8'_j  
M.}9)ho   
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 iOfm:DTPr  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 85<k'>~L  
pc`P;Eui  
QV|6"4\  
L%/RD2LD  
LjZlKB5C  
}">r0v!3  
规格：柱形抛物面反射镜 *C*J1JYp+  
                         zIa={tU  
 有抛物面曲率的圆柱镜 9q;O`&  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 g]~vZj  
 曲率半径等于焦距的两倍 '6N)sqTR  
m6Dm1'+  
{vu\qXmMv  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） ing'' _  
P\"kr?jZP  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 \/Y(m4<P
 
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） 1*O|[W  
 离轴角决定了截切区域 is;g`m  
*byUqY3(
 
规格：参数概述（12° x 46°光束） U9 iI2$  
|MNSIb&,W  
   sI,cX#h&Y  
lm`*x=x  
光束整形装置的光路图 := V?;
  
C[FHqo9M?H  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 ,TBOEu."4  
 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。 f+e"`80$*C  
Zkp~qx  
反射光束整形系统的3D视图 'FW?   
'54\!yQ<{  
80nEQT y  
HLyAzB~r  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 (\:Rnl  
 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）。 V]zZb-m=  
-2hirA<^  
详述案例 -2.7Z`*(  
XoN~d  
模拟和结果 y##h(y  
Y3 $jNuV  
结果：3D系统光线扫描分析 QE]'Dc%  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 ]J Yz(m[   
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 (~~m8VJ>  
CCTU-Xz/  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd [F<E0rjwM  
(T1< (YZ  
使用参数耦合来设置系统 S,5ok0R  
eRUdPPq_d  
ItVN,sVJb  
自由参数： :qm\FsO  
 反射镜1后y方向的光束半径 qT#e -.G  
 反射镜2后的光束半径
7}
iv+rQ  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） eo+<@83  
 由于功能原理，所有系统参数（距离，焦距，直径）可以由光束参数分析计算。 B.N#9u-vW  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 EL,k z8  
7|}4UXr7y  
1EU4
/6!C  
TPp]UG  
GDLw_usV  
SVU>q:ab  
<8WFaP3,  
自由参数： UytMnJ88  
 反射镜1后y方向的光束半径 Yjoe|  
 反射镜2后的光束半径 oc1BOW z  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） dN2JOyS  
 基于光束发散角和直径（x和y方向）焦点，可以计算并设置反射镜的直径和距离z。 :^7w  
sVyV|!K  
fRS;6Jc  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 0? {ADQz  
+bumWOQ'  
wfo,r 7  
结果：使用GFT+进行光束整形 +O/b[O'0  
uj.i(Us  
v3r3$(Hr  
@^| [J _4  
UhH#>2r_  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 R4p Pt  
4c5BlD  
--$* q"  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 c~<;}ve^z  
i{^T;uAE  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 m?w_ ]  
O`Tz^Q/D  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： ACyK#5E  
Y4k2=w:D  
9KVJk</:n  
|62` {+  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd v@qP &4Sp  
c}(H*VY2n  
结果：评估光束参数 I=dG(?#7%  
xF8r+{_J)  
Znb={hh  
 从生成的整形光束场分布，可以评估光束参数。 可以直接通过使用探测器界面实现。 zud_BOq{f  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M²值感兴趣。 S;4:`?s=i  
i$NlS}W  
}$_@yt<{W@  
 整形光束在x和y方向上显示了一个几乎相同的半径。 发散角大约是4urad。 ofB:7  
 M²值明显高于1。（与理想高斯光束相比，高M²值是由光束偏离引起的） ovKM;cRs/  
t6"%u3W8M  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd %7ngAIg  
bWTfP8gT  
光束质量优化 sh :$J[  
v~mVf.j1  
}zGx0Q  
 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。 U}w'/:H  
 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）。 M@ U>@x;  
?c#s}IH  
结果：光束质量优化 L-|l$Ti"  
03~ ADj  
JI>Y?1i0O  
 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。 [lzd'  
~P|;Y<?3  
$7q3[skH  
"<iH8Mz
Z  
 然而，光束半径是略有减少。（光束半径显示在最后一张幻灯片是由于其偏离了理想高斯。） s!IIvF  
4Fg2/O_3  
Go%Z^pF3CO  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd d"XZlEV  
F
Ct<h/  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 lE
k@I"  
+[G9PP6  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 )Q1>j 2&  
i.E2a)  
W\l&
wR  
 这意味着参数变化是的正态 %0GwO%h},  
H~FI@Cf$L  
/"X_{3dq?  
NsB]f{7>8+  
xSud
DhRP  
 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。 6l\5J6x  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 }y6|H,t9  
fOi Rstci  
p]kEH\ sh  
X /c8XLe"  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run xX&B&"]5  
M+%Xq0`T  
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） x17:~[c']  
iM!2m$'s  

&'u|^d  
ov+{<0Q  
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。 !FgZI4?/Y=  
mz0{eO  
总结 }2]|*?1,  
,-6Oma -  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 /"e@rnn  
1.模拟 Zv@qdY<:  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 M86"J:\u]  
2.研究 /#00'(oD  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 .?u<|4jE6  
3.优化 ~9]vd|  
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。 {.LJ(|(Mz  
4.分析 {]\7 M|9\  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 h~#iGs  
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。