[技术]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） %uj[`  
O%52V|m}{  
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 u |'8a1  
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简述案例
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O/(3 87=U  
系统详情 LNaeB(z"  
 光源 40R"^*  
- 强象散VIS激光二极管 =,O/,2)  
 元件 (X*'y*:  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） n%n'1AUP:  
- 具有高斯振幅调制的光阑 .l7j8}  
 探测器 q)vK`\Y  
- 光线可视化（3D显示） |y klT  
- 波前差探测 re]%f"v:5  
- 场分布和相位计算 U7jhV,gO4  
- 光束参数（M2值，发散角）  ccRlql(  
 模拟/设计 =Y/}b\9`T  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 JR])xPI`  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： PL9<*.U"=  
 分析和优化整形光束质量 K4_~ruhr  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 XMomFW_@  
U[IQ1AEr  
系统说明 04P.p6  
Fs?( UM  
qI(W$  
模拟和设计结果 z'?SRK5+  
" 98/HzR  
数值探测器结果 LFl2uV"  
fdN45in=>  
j[_t6Z  
;&RUE  
[|y`y%  
总结 _c[|@D  
b*cW<vX}~  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 )gr}<}X)B  
1.模拟 KrJ5"1=  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 |Uc<;> l  
2.评估 \)FeuLGL9  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 t-'I`I  
3.优化 ]^Sd9ba  
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。 rH[5~U  
4.分析 (irk$d %  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 @m5O{[euj<  
#E*@/ p/  
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。 i:C.8hmAE  
 -PcS(  
详述案例 >Kz_My9  

d,zp`S  
系统参数 -b
].SG5S  
R 4DM_u  
案例的内容和目标 =n> iQS  
$5ZR[\$  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 =9kj? u~  
W/#KX}4  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 P h9Hg'  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 1[26w_B3  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 _Ngx
$  
3"^a rK^N  
模拟任务：反射光束整形设置 !x`;>0  
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。 &mX5&e  
^wvH,>Yo  

qlz( W  
AQE eIFH  
z8 hTZU  
$Sp*)A]E`  
规格：像散激光光束 j9{O0[v  
w%>aR_G  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 @WhZx*1  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 l[tY,Y:4qO  
59&T
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.}IK}A/-  
G> f^2  
'CP/ymf/a  
9V|E1-")E  
规格：柱形抛物面反射镜 LXBbz;vYl  
                         uPa/,"p  
 有抛物面曲率的圆柱镜 v[0DE*p  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 s-QM6*  
 曲率半径等于焦距的两倍 {Q{lb(6Ba  
#Tr;JAzVjG  
[5>S-Z  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） "6NFe!/Y$*  
utYnaeQcn  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 4^d+l.F  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） 1x~%Ydy  
 离轴角决定了截切区域 FY1},sq  
w8eG;  
规格：参数概述（12° x 46°光束） l.__10{  
XNc"kp? z  
   .`oJcJ  
4+ASwN9  
光束整形装置的光路图 &/b?I `  
LydbP17K}  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 8zP:*|D  
 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。 oV0LJ%  
k#1`  
反射光束整形系统的3D视图 >P6^k!R1y  
-mev%lV  
W0
+gfg  
5~_eN  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 (lyt"Ty  
 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）。 *r)zBr  
wMlf3Uz  
详述案例 YtwmlIar`  
U^E  
模拟和结果 OqfhCNAY  
oso1uAOfp  
结果：3D系统光线扫描分析 e67c
:Z  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 'Z*\1Ci  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 }m=tzHB*  
4*p_s8> >  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd e.)yV'%L  
J8sJ~FnUj  
使用参数耦合来设置系统 d1srV`  
iQ]T+}nn_  
9TYw@o5V  
自由参数： >< <$  
 反射镜1后y方向的光束半径 f7EIDFX>pt  
 反射镜2后的光束半径 8Pr&F  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） ?6gDbE%  
 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。 A%NK0j$;}  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 EmtDrx4!(f  
"?2  
?/`C~e<J  
p0}+071o%  
zh#OD{  
X_-Hrp!h  
jQ.>2-;H9  
自由参数： Nt`F0 9S  
 反射镜1后y方向的光束半径 @1pW!AdN  
 反射镜2后的光束半径 &X#x9|=&O  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） _/QKWk&j  
 基于光束发散角和直径（x和y方向）焦点，可以计算并设置反射镜的直径和距离z。 ?MV[=LPL  
^F0k2
pB  
'NQMZfz  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 fd!pM4"0  
`@fhge  
bl:a&<F  
结果：使用GFT+进行光束整形 <'>d0:>N  
'mBLf&fB  
M(.uu`B  
5p]urfN-f  
X <ba|(  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 3oppV_^JdT  
uZqu xu.  
O" X!S_R  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 G:h;C].  
gqO%^b)6  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 TRr4`y%  
~WYE"(  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： #"=yQZ6Y  
OUBgBr  
y]QQvCJr3d  
0]:*v?  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd C)&gL=O*$  
d!}jdt5
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结果：评估光束参数 3%vx'1h[  
0M/\bEG(_  
~L\(/[  
 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。 JhMrm%  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M²值感兴趣。 ySr091Q  
t(z(-G|&  
q^jq
LT&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。 .swgXiRvs  
 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） >n$EeJ  
?v
)"%.  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd T_(e(5  
Fu1|b2B-x  
光束质量优化 \0*yxSg,^  
%WJ{IXlz  
k<j)?_=`  
 通常，使用合适的高斯调制光阑以用于优化M²值。 因此，我们使用测量的半径作为腰束半径（消除发散角）来生成一个高斯光束。 *FLTz(T  
 之后，将接收场转换成一个透射函数。 将该传输函数用作光阑（在一个透射函数元件中）。 5x1%o
C  
_Sk<S  
结果：光束质量优化 \DcC1W  
%T
,\xZ  
X."h Tha5  
 由于通过高斯孔径传播，光束显示出理想高斯形状。 因此，M²值在两个方向上几乎都是1。 iaa (ce  
{*ko=77$*  
O'&X aaZV  
8ZNd|\  
 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。） d9[6
kQ]  
rvoS52XG,  
eLt Cxe  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd Tl/Dq(8JH  
R^u^y{ohr  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 AP?{N:+  
w=P<4bdT  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 gE6y&a  
*Y^Y  
.U(SkZ`6  
 这意味着参数变化是的正态 =DF@kR[CH"  
AVevYbucB  
++p& x{  
7zP  
U*qK*"k  
 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。 M;RnH##W  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 Bu>yRL=*  
"]\":T  
@R-~zOv  
1o6J9kCq^3  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run 5f`XFe$8  
lA^Kh  
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） HU'`kimWb  
1Sc~Vb|>  
$O]E$S${  
#35S7G^@`  
由于波前差和因此校准的偏差更大，M²值明显增加。可以使用高斯孔径来减少。 L&gEQDPgq|  
&_%+r5  
总结 O,xAu}6f+  
E6^S2J2  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 #V9hG9%8  
1.模拟 hk$nlc|$  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 zC>(!fJq
q  
2.研究 t+)GB=C  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 @Qsg.9N3K  
3.优化 ofrlTw&o  
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。 I#6' NZ  
4.分析 2DBFXhP  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 pt|$bU7  
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。