[技术]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） ]s jFj  
_<5o1  
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 GCrh4rxgg  
U{D ?1tF  
2F-!SI  
64}Oa+*s  
简述案例 q`09   
JGIN<J85e  
系统详情 
7\^b+*  
 光源 gcr,?rE<  
- 强象散VIS激光二极管 #{(?a.:  
 元件 Y',s|M1})\  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） IoNZ'g?d  
- 具有高斯振幅调制的光阑 io cr  
 探测器 xc R  
- 光线可视化（3D显示） >H@ dgb  
- 波前差探测 e =& abu  
- 场分布和相位计算 Rs)tf|`/  
- 光束参数（M2值，发散角） 5(>m=ef"  
 模拟/设计 ]M{SM`Ya  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 3a#637%  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： O7j$bxk/^  
 分析和优化整形光束质量 #e&j]Q$Eh  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 1oo'\
 
qB@]$  
系统说明 g=pz&cz;>\  
G5zZf~r  
po"M$4`9  
模拟和设计结果 pw:<a2.  
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数值探测器结果 r0QjCFSF=  
>U"f1q*$  
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LziF  
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&X_I^*  
总结 4cJ^L <  
6\O4R  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 ?C.C?h6F5B  
1.模拟 )QaJYC^+  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 j3`:;'L  
2.评估 A3&8@/6,  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 
#x#.@  
3.优化 /.05rTpp  
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。 OdRXNk:k-j  
4.分析 x:;8U i"&B  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 bm%2K@ /U  
VjYfnvE  
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。 (h/v"dV;  
N3vk<sr@  
详述案例 \I#lLP  
Xa<siA{  
系统参数 |Y/iq9l  
K]@6&H-b|  
案例的内容和目标 Ew4DumI  
T>n,@?#K  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 }K"=sE  
K"Nq_Ddwd  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 (U!WD`Ym  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 PKdM-R'Z  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 jc;&g)Rv  
l:Ci'=  
模拟任务：反射光束整形设置 PhKJ#DRbr  
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。 JEY%(UR8  
sdS<-! %u4  
z(1h^.  
QHMXQyr(  
^ 9;s nr  
?_\Hv@t;  
规格：像散激光光束 _sZ/tU@_-K  
BT d$n!'$n  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 |[!xLqG  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 5?9}^s4  
a;*&q/{o  
#:' P3)&  
^N Et{]x  
P|HY=RMa  
(jY.S|%  
规格：柱形抛物面反射镜 J_rCo
4}  
                         W'gCFX  
 有抛物面曲率的圆柱镜 tm+}@CM^.  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 PK3T@Qv89  
 曲率半径等于焦距的两倍 f=/S]o4/3  
JEJ]
'3  
s)/i_Oe$\  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型）
,iSs2&$m  
\,p)  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 gvA&F|4  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） C6'[Tn  
 离轴角决定了截切区域  PJkMn  
 J|6aa  
规格：参数概述（12° x 46°光束） ml?+JbLg0  
9Eg'=YJ  
   '^Sa|WXq  
y"@~5e477$  
光束整形装置的光路图 Q.\+ XR_|  
;C{2*0"H|  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 ) 3YE$,  
 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。 7qL]_u[^  
",Q\A
I  
反射光束整形系统的3D视图 krz@1[w-j  
b.Y[:R_9&  
o6vm(I%  
vj{h*~  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 uu#ALB Jm  
 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）。 1/l
e%}mK  
m?<C\&)6x  
详述案例 qQpR gzw  
_V8pDcY  
模拟和结果 EO'3;mo,  
3QV|@5L`[  
结果：3D系统光线扫描分析 v`Sllv5bV  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 :kFWUs=  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 Iupk
+x>  
I9>1WT<Yy  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd .`)IC
X  
,HMB
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使用参数耦合来设置系统 <7TpC@"/g  
M5%u>$2  
]^Q`CiKd  
自由参数： U.wgae].O;  
 反射镜1后y方向的光束半径 CH9#<?l  
 反射镜2后的光束半径 jr!x)yd  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） !Rsx)  
 由于功能原理，所有系统参数（距离，焦距，直径）可以由光束参数分析计算。 &N
Glkn  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 '{OZ[$E  
m! p'nP  
Sl 6}5  
?J<4IvL/  
YToRG7X#  
y!aq}YS  
#~p1\['|M  
自由参数： .}CPZ3y  
 反射镜1后y方向的光束半径 ;TaT=
%  
 反射镜2后的光束半径 ze#LX4b I  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） ~D
kje  
 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。 <ce
pRjDn  
!vett4C* K  
=AR'Pad  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 :5CwRg  
9B*SWWAj  
q"]-CGAa  
结果：使用GFT+进行光束整形 elP`5BuN  
%AW  
U<#i\4W  
]qv/+~Qs>  
y f+/Kj< a  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 <ygkK5#q  
YQ
YN.\  
o
.k#|q  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 eKLxNw5  
//6m2a  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 JBjz2$ZM  
OwDjUKeN  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： `9$?g|rB  
i>e75`9  
S!g&&RDx  
5(DCq(\P*  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd e@X~F6nP  
Em _miU  
结果：评估光束参数 ;%U`lE0  
v3aiX  
pGsVO5M?  
 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。 \ &_ -  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M²值感兴趣。 ]A'e+RD4k  
l}<s~
ip  
9 -TFyZYU  
 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。 &|9?B!,`  
 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） ,Xb:f/lB  
$RF"m"  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd /nC"'d(#  
Z/ThYbk  
光束质量优化 TJO|{Lxm  
Bpqq-_@  

=@ON>SmPs  
 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。 sY1*WolA  
 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）。 8K1+ttjm  
0e/~H^,SQ  
结果：光束质量优化 ExnszFX*  
\3Xt\1qN4  
FiFZM  
 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。 1bvL  
dn`#N^Od  
n287@Y4Ru  
s!UC{)g,  
 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。） b\;QR?16R  
OGae]O<  
Q2k\8i  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd j&#p&`B  
-|ee=BV  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 guf+AVPno  
VT0I1KQx.  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 3EzI~Zsx  
1M<'^(t3d  
az19-QIcg  
 这意味着参数变化是的正态 ,cj34W`FWq  
9N-mIGJ
 
^TB%| yZ _  
>0~y"~M  
;Hm\?n)a  
 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。 a:P% r  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 &Cdd  
7Qq>?H -  
x#pTB.  
=I*"vwc?  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run zJ@f {RWZa  
hS<x+|'l  
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） 0WYVt"|;}c  
)~!Gs/w6  
|@Z QoH  
OZ7MpQ  
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。 II[qWs>RG[  
w`i3B@w  
总结 !5p01]7  
bD49$N?>  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 Y}F+4  
1.模拟 1k "*@Z<  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 f$/Daq <M  
2.研究 *jDzh;H!w  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 Ee4oTU5Mb  
3.优化 _D z4}:9  
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。 QvqX3FU  
4.分析 [j:%O|h  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 bC"#.e  
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。