[技术]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） !8Q9RnGn  
-Khb  
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/LJtM  
=/F\_/Xw  
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  
数值探测器结果 Q!dNJQpb  
'^Ce9r}  
j(maj  
+A,t9
3:k  
;l6tZ]-"  
总结 )51
H\o  
v 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。 Kq0!.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[  
$}/ !mXI5  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 WurpHOJt+  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 @*gm\sU4  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 a9GLFA8Vq  
Z)zWfv}  
模拟任务：反射光束整形设置 iPxhDn<B  
引入的反射光束整形装置是基于一个反射镜系统，此系统由两个抛物面圆柱反射镜镜与抛物面截面反射镜组成。焦点距离和镜子的位置取决于输入光束的发散角。 bstc|8<  
]jz%])SzH  
lll]FJ1  
=U5lPsiv,3  
mb\}F9  
,/;mK_6  
规格：像散激光光束 |QvG;{!  
o0p%j4vac  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 -m:i~^ u  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 0NB6S&lI^k  
GP5Y5)  
<<da TQV  
0omg%1vt<A  
"3*Chc  
Xh
/i5}5 t  
规格：柱形抛物面反射镜 :H$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:  
l
GI5  
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+?2t  
*=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  
 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  
6u3DxFiTm  
,@=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 PNXZ3: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  
+~=>72/r  
J={$q1@lq  
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 GEw
gwenv  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） %4cUa| =?  
 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  

=/J4(#Xb  
 r_]wa  
VG+Yhm<SL  
.G1NY1\  
jHBn^Nly  
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$%  
;=hl!CB  
&5
29.>  
结果：使用GFT+进行光束整形 Gp$[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
\`  
aCX](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|$7]1  
 从生成的整形光束场分布，可以评估光束参数。 可以直接通过使用探测器界面实现。 J^pL_  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M²值感兴趣。 c>!>D7:7  
=bZ>
>-<  
=nA;,9%  
 整形光束在x和y方向上显示了一个几乎相同的半径。 发散角大约是4urad。 Ws4aCH1  
 M²值明显高于1。（与理想高斯光束相比，高M²值是由光束偏离引起的）  #It{B  
-'&MT :L  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd g$?B!!qT  
"X>Z!>  
光束质量优化 ~!,'z  
Cq u/(=  
iF{eGi  
 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。 WY?(C@>s  
 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）。 @;fdf3ian  
7w|W\J^7r  
结果：光束质量优化 jbn{5af  
P00d#6hPJ  
pJVzT,poh  
 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。 EHcqj;@m  
&y mfA{s  
4kT|/bp  
j?+FS`a!  
 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。） _z)G!_7.>\  
'-4);:(^  
TPq5"mco  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd my[)/'  

-mO[;lO  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 /o.wCy,J<  
`;*Wt9  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 8K]fw{-$L  
IpoZ6DB$  
4.|]R8Mn  
 这意味着参数变化是的正态 SvAz9>N4  
be$wGO=Ts  
"|]'\4UdzQ  
PX(.bP2^Lq  
e8a_)TU?  
 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。 C=h$8Q  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 bb$1RLyRL  
3 {\b/NL$  
vE>J@g2#  
8QE0J$d5  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run &tj0Z:  
J1 a/U@"  
第一个随机公差的典型强度分布：（相应的均方根波前差：1.08λ，40.4λ，140λ）  ;B^G<  
dum! AO  
-F/"W  
37v!:xF!  
由于波前差和因此校准的偏差更大，M²值明显增加。可以使用高斯孔径来减少。 z(:0@5  
FdKp@&O+1  
总结 & *B@qQ  
WT;=K0W6&  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 \d&j`UVY  
1.模拟 F6}Pwz[c  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 KY!  
2.研究 I$n 0aR6  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 Pcnr  
3.优化 T3@wNAAU  
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。 \%KJ+PJ  
4.分析 &[3 xpi{v  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 R KFz6t  
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。