[技术]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） =3}@\f#  
gjk=`lU  
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 rX{QgyY&  
T<mk98CdE  
mv)M9c,`  
hm&{l|u{RU  
简述案例 [="moh2*f  
$Vlfg51ob  
系统详情 2sk^A ly  
 光源 \b1I<4(  
- 强象散VIS激光二极管 u%JM0180  
 元件 kZWc(LwA  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） iEsI  
- 具有高斯振幅调制的光阑 k$7-F3  
 探测器 P>0j]?RB  
- 光线可视化（3D显示） 7=6p  
- 波前差探测 t&ztY] qh  
- 场分布和相位计算 "/O0j/lm  
- 光束参数（M2值，发散角） iShB^  
 模拟/设计 V89!C?.[]1  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 = K"F!}  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： +[zrU`!@  
 分析和优化整形光束质量 T
=A7f6`  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 v'TkKwl  
`Btdp:j8i  
系统说明 :2 n5;fp  
mO?G[?*
\  
K
QNSYI7a  
模拟和设计结果 vpMNulXb,  
(t&P.N/  
数值探测器结果 X6N^<Z$  
3BKW  
KJ.ra\F  
AA^3P?iD  
q@8Rlc&  
总结 ad&Mk^p  
~g;(`g  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 b,#cc>76\  
1.模拟 )tz8(S  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 s<sqO,!  
2.评估 <T+Pw7X   
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 E"x 2jP  
3.优化 +VAfT\G2  
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。 66[yL(*+  
4.分析 hkRv0q.'  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 kVe^g
]F  
(=)+as"u9*  
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。 !:c7I@  
WL
Dt5R  
详述案例 gA`/t e  
BaR9X ?~O$  
系统参数 $*G]6s
  
cJ&l86/l1  
案例的内容和目标 "3Ag+>tuRW  
sog?Mvoq  
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-1@z$p  
!#f4t]FM`B  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 YxGIv8O]  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 -XPGl  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 {S~2m2up0L  
$QNfy.6Tn  
模拟任务：反射光束整形设置 jO3Q@N0_  
引入的反射光束整形装置是基于一个反射镜系统，此系统由两个抛物面圆柱反射镜镜与抛物面截面反射镜组成。焦点距离和镜子的位置取决于输入光束的发散角。 CImB,AXS  
XFG]%y=/6  
gG*O&gQY  
b1\z&IdC  
n`vqCO7@'  
DS=kSkW^&5  
规格：像散激光光束 ]^8:"Ky'  
4w*F!E2H\}  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 E{wV
f_K  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 pZlBpGQf  
f$*M;|c1c/  
f*NtnD=rJ  
_&19OD
%  
TN7kt]a2  
d,8V-Dk+p  
规格：柱形抛物面反射镜 )n5]+VTZ5  
                         'gI58#v  
 有抛物面曲率的圆柱镜 [|ky~sRr  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 o:f=dBmoX  
 曲率半径等于焦距的两倍 3|/ ;`KfQ  
A;SRm<,  
<!5N=-  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） !yojZG MB  
unSF;S<  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 q>]v~  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） 31w?bx !Pp  
 离轴角决定了截切区域 wW6?.}2zU  
N]KqSpPh  
规格：参数概述（12° x 46°光束） i:qc2#O:J  
&7E0H{  
   nITr
5$f  
|pq z(j7  
光束整形装置的光路图 xotq$r  
e%wbUr]c2  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 f>#\'+l'  
 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。 4y>G6TD^  
3j]La  
反射光束整形系统的3D视图 >Q[]i4*A  
hL67g  
[MFV:Z  
V0wK.^]+}/  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 v*FCE 1HI  
 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）。 CSt6}_c!  
G5TdAW  
详述案例 {;f`t3D  
'9{H(DA  
模拟和结果 IBES$[  
'ZL)-kbI  
结果：3D系统光线扫描分析 IL YS:c58=  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 w2/%e$D!9  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 dkG-Yz~  
dH#o11[  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd h8pc<t\6  
FZjtQ{M  
使用参数耦合来设置系统 &NHIX(b6  
UCvMW*gs  
BCsW03sQ  
自由参数： SV6Np?U  
 反射镜1后y方向的光束半径 34s:|w6y  
 反射镜2后的光束半径 A
' dt WD  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） 5OpK~f
5  
 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。 { F.Ihw  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 +SUQRDF@i  
FjkE^o>  
Vwm\a]s  
rb`C:#j{J  
pBK[j([  
_F,@mQ$!  
oE-i`;\8  
自由参数： #G)ZhgB^  
 反射镜1后y方向的光束半径 .$99/2[90  
 反射镜2后的光束半径 CIO&VK  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） al#yc  
 基于光束发散角和直径（x和y方向）焦点，可以计算并设置反射镜的直径和距离z。 =
1`  
t)$>++i  
SJy:5e?zk  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 ;M@/AAZ  
]C5JP~#z  
T3'dfeU  
结果：使用GFT+进行光束整形 zzq/%jki  
7v%~^l7:x  
`P :-a7_  
olK%TM[Y  
~[ve?51  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 ZVK;m1?'  
i]9SCO  
c @2s!bs  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 J~n{gT<L  
7th&C,
c&  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 ;rd!kFd#bq  
(MJu3t @  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： {,P&05iSi  
JMO"(?  
H'
Z[3e  
I-fs*yzj;8  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd 5hg>2?e9s?  
Fv#ToT:QXe  
结果：评估光束参数 /c3DltOdr  
B-r9\fi,  
`9b D%M  
 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。 mP3:Fc_G  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M²值感兴趣。 (W*yF2r  
RFQa9Rxk  
?A,gDk/#  
 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。 f8'&(-  
 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） |l7e*$j  
5vg@zH\z  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd $~zqt%}  
C.pNDpx-  
光束质量优化 NWX~@Rg  
`~pB1sS{  
y~
p7&^FeR  
 通常，使用合适的高斯调制光阑以用于优化M²值。 因此，我们使用测量的半径作为腰束半径（消除发散角）来生成一个高斯光束。 OO53U=NU  
 之后，将接收场转换成一个透射函数。 将该传输函数用作光阑（在一个透射函数元件中）。  {l_R0  
D
[;6xJ  
结果：光束质量优化 YR~g&E#U^  
8oN4!#:  
F N(&3Ull  
 由于通过高斯孔径传播，光束显示出理想高斯形状。 因此，M²值在两个方向上几乎都是1。 UI>-5,X  
1`B5pcuI  
%Ljc#AVg  
SQa.xLU  
 然而，光束半径是略有减少。（光束半径显示在最后一张幻灯片是由于其偏离了理想高斯。） .^P^lQT]>  
fs~n{z,ja%  
OuS{ve  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd \p [!@d^  
v8-F;>H  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 P{rJG '  
:vX;>SH$p  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 YgdoQBQ  
C=%go1! $  
jVk|(  
 这意味着参数变化是的正态 +z("'Cv  
q:1 1XPP  
u+th?KO`  
'HW(RC0dR  
~g>15b
3  
 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。 [9aaHf@'  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 E62VuX  
R/<  /g=  
P]r"E  
OkA-=M)RI:  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run {TE0  
fB;'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） @RbAC*Y]g  
)k29mqa`  
k 2;m"F  
g<}EL[9  
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。 ^/Gjk  
AVNB)K"  
总结 a[Txd=b  
C'7W50b  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 vaR0`F  
1.模拟 as~.XWa  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 J,m.LpY  
2.研究 _[XEL+.  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 7b@EvW6X}  
3.优化 gtjgC0  
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。 $_)YrqSo~  
4.分析 !!Mp;h'}-  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 jCKRoao  
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。