[技术]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） fYzP4  
KT*>OYI  
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 @H3x51PT(m  
@/ nGc9h  
Ml;` *;  
V1GkX=H},  
简述案例 $TS97'$  
kj.9\  
系统详情 @HSK[[?  
 光源 8h4]<T  
- 强象散VIS激光二极管 }~NXiUe  
 元件 Ww\ WuaY  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） @$ju Qm  
- 具有高斯振幅调制的光阑 Pa+_{9  
 探测器 7-Oa34ba+  
- 光线可视化（3D显示） q_ryW$/_  
- 波前差探测 _%Ua8bR$  
- 场分布和相位计算 GQJ4d-w  
- 光束参数（M2值，发散角） g oyQ',+  
 模拟/设计 >dJ~  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 '?Q"[e  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： B"\9slX  
 分析和优化整形光束质量  UBj&T^j  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 ~(yW#'G  
6O.kKhk  
系统说明 q,%Fvcmx+e  
;Zj(**#H  
diVg|Z3T  
模拟和设计结果 vF pKkS343  
.pdcwd9  
数值探测器结果 12hD*,A5j  
4\p%|G^hU  
dKC*QHU  
U<q`f-  
c3ru
4o*K  
总结 )8eb(!}7  
HwZl"!;Mry  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 W[qy4\.B  
1.模拟 r}^1dO  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 <|?)^;R5!  
2.评估 k~K;r8D/  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 ;H`@x Lv*  
3.优化 {fHY[8su0  
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。 %G,7Ul1f  
4.分析 QT73=>^B  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 {:VK}w  
<?}pCX/O  
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。 vr{|ubG]d  
 qsXkm4  
详述案例 2 'D,1F  
s^IC]sW\%  
系统参数 Fw{#4  
vM!2?8bEFd  
案例的内容和目标 .-mIU.Nwi  
mCk_c  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 `H>&dK|/  
9L3P'!Z  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 r79P|)\  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 2yZ~j_AF[  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 D.%%D%AdB  
Tp{jR<  
模拟任务：反射光束整形设置 im9EV|;  
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。 k\;D;e{  
+r//8&  
T+zhj++  
/wJ4hHY  
pc@mQI  
+HRtuRv0T  
规格：像散激光光束 F.i}&UQ%  
X[H.t$w5A  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 .d[^&<^  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 WQ.{Ag?1  
e!L5v?  
3+d^Bpp4  
D
O-M0L  
NIQ}+xpC  
wb(S7OsMO  
规格：柱形抛物面反射镜 IemhHf ^l  
                         N~IAm:G}[  
 有抛物面曲率的圆柱镜 ,Nhv#U<$  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 &v1E)/q{Z  
 曲率半径等于焦距的两倍 qLb~^'<iD  
~"vS$>+  
z;e@m2.IM  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） 50Gu~No6  
*y7Yf7  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 bV2a2#kj  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） )m8Gbkj<  
 离轴角决定了截切区域 IBeorDIZ  
wme#8/eUk  
规格：参数概述（12° x 46°光束） qUmSB"#Z  
pM+9K:^B  
   {dxl8~/I  
A-3^~aEgx  
光束整形装置的光路图 7A'E+>1d  
YT'V/8US  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 lg2I|Z6DH  
 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。 Yy]TU} PY  
&s}sA+w  
反射光束整形系统的3D视图 Uf7ACv)Dn  
nsXG@CS:  
>b9J!'G,(  
6LCR ;~ ]  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 !s/qqq:g  
 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）。 L>g6 9D!  
uqI'e_&=&5  
详述案例 u{\>iQ
  
FW;}S9u3  
模拟和结果 
#6YpV)  
_w%:PnO  
结果：3D系统光线扫描分析 3dbaCusT$  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 qa@;S,lp  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 Hhk`yX c_  
&J|I&p   
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd P
Z'|)  
eAI|zk6  
使用参数耦合来设置系统 4Hb
"yp$  
K re*~ "  
,?qJAV~>  
自由参数： 9ei'o
Z  
 反射镜1后y方向的光束半径 T]1.":   
 反射镜2后的光束半径 <vV"abk  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） $0P16ZlPC  
 由于功能原理，所有系统参数（距离，焦距，直径）可以由光束参数分析计算。 R1Q,
m  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 Q<MxbHk9  
)G, S7A  
|T"j7  
i?@7>Ca  
NJd4( P  
\r{wNqyv  
h:C:opa-=  
自由参数： o%z^@Cq  
 反射镜1后y方向的光束半径 ~l] w=[ z  
 反射镜2后的光束半径 JgP%4)]LV  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） =MM+(mD  
 基于光束发散角和直径（x和y方向）焦点，可以计算并设置反射镜的直径和距离z。 '-I\G6w9  
L[Y$ `e{zd  
{2 T:4i5  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 K%/\XnCY  
s[UV(::E  
<6hs<qXqi  
结果：使用GFT+进行光束整形 Yc~lYz+b  
+ `'wY?  
| a i#rU  
d!Y%7LmSE@  
3d1xL+  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 jVGAgR=[G  
%RF$Y=c'C  
;QCGl$8A  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 47*2QL^zj  
vZS/?pU~~  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 Rc D5X{qS#  
Y:Lkh>S1Q  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： H>]*<2(=-  
d_Zj W  
$/JXI?K  
=)i^E9
 
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd 4XJ']M(5;  
0v1~#KCm  
结果：评估光束参数 pK_zq  
;"9Ks.  
F>n_k  
 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。 Wie0r@5E  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M²值感兴趣。 SbMRrWy  
4
z~;4  
j1K~zG  
 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。 tx+P@9M_Aq  
 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） F>
[^m Xw  
(o{x*';i4  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd t)k;5B`> &  
AOL=;z9c#  
光束质量优化 >k=@YLj  
)ytP$,r![S  
}y+a)2  
 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。 [-e$4^+9  
 之后，将接收场转换成一个透射函数。 将该传输函数用作光阑（在一个透射函数元件中）。 :c )R6=v  
wxvVtV{u>|  
结果：光束质量优化 Jzy:^PObT  
l_+q a6C*  
r,vSDHb`j  
 由于通过高斯孔径传播，光束显示出理想高斯形状。 因此，M²值在两个方向上几乎都是1。 h.- o$+Sa  
&js$qgY  
=R9`to|  
PT&qys2k  
 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。） XJS^{=/  
juM~X5b  
33hP/p%  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd m<cv3dbZ
o  
TDg<&ND3  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 E J6|y'  
iQCs8hIR  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 f!GFRMM1  
2#UVpgX?  
%^"i\-*|S  
 这意味着参数变化是的正态 1O)m(0tb[  
76c:*bZ  
%/s+-j@s:  
SEZ08:>x r  
$\20Vgu<  
 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。 `VglE?M  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 = P$7 "  
/>PH{ l  
EWVn*xl?  
"oR%0pU*  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run [$\VvRu%  
|oR{c%z05  
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） sN1I
+X  
#.OCoc  
"*d%el\63  
&&96kg3  
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。 jgYe\dinM  
7~D5Gy  
总结 #_Lg
o  
ET6}V"UD  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 pM!cF  
1.模拟 Et)j6xz/F  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 7V~ gqum  
2.研究 UX?S#:h  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 >+ Im:fD  
3.优化 Jy]}'eE?pr  
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。 XJ7mvLM;  
4.分析 >?$q
Ku  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 @CCDe`R*  
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。