[技术]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） ],?$&  
D#8uj=/%  
二极管激光光束使用无色散离轴反射装置进行准直和整形 6g6BE^o\  
&/\Q6$a  
Kw/7X[|'G  
y;$ !J  
简述案例 I1Jhvyd?$  
$'I-z.GV  
系统详情 &"R`:`XF  
 光源 nt
Zl(]l  
- 强象散VIS激光二极管 ^!FLi7X  
 元件 $XZC8L#  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） L-,C5^  
- 具有高斯振幅调制的光阑 >508-)'  
 探测器 eBN!!Y:7  
- 光线可视化（3D显示） 3$~oQC  
- 波前差探测 H1
fKe=$1  
- 场分布和相位计算 R=co2 5  
- 光束参数（M2值，发散角） }w|a^=HAp  
 模拟/设计 Q7{/ T0  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 V
Kw33  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： (+iOy/5#u  
 分析和优化整形光束质量 -Uj3?W  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 NB.
s2I7  
^+MG"|)u~  
系统说明 XwlF[3VbiX  
[S:{$4&  
0rA&Q0  
模拟和设计结果 =-dg]Ol8  
>"/Sa_w  
数值探测器结果 r9vO(m~  
{;2Gl$\r  
4?c4GT9(6S  
g.]S5(  
?]]7PEee*  
总结 voitdz  
OH_mZA  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 "0sk(kT  
1.模拟 cq0#~20  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 ,?KN;~t#vz  
2.评估 >S[NI<=8S  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 5<RZht$i  
3.优化 ?H0"*8C?Y  
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。 7O]$2  
4.分析 ibqJ'@{=e  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 2l.qINyz  
lmbC2\GT  
对于复杂的光束整形装置，特别是离轴系统，可以使用VirtualLab来进行高效的模拟和分析。模拟过程中，根据情况应用不同的模拟引擎。 8w\ZY>d  
of<(4<T  
详述案例 >&?k^nI}J  
@\}w8  
系统参数 sqE? U*8.-  
g?1! /+  
案例的内容和目标 XnNU-UCX  
[:"7B&&A  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 C'S&  
^- H  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 CGCI3Z'  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 %1UdG6&J_  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 +hL%8CVU M  
^
,sKj-  
模拟任务：反射光束整形设置 V")u y&Ob  
引入的反射光束整形装置是基于一个反射镜系统，此系统由两个抛物面圆柱反射镜镜与抛物面截面反射镜组成。焦点距离和镜子的位置取决于输入光束的发散角。 `F,*NESv  
S @tpd'  
gBPYGci2F  
o4Hp|iK&0  
Sft+Gb6  
G5hh$Nmpi  
规格：像散激光光束 fKkH [  
s+7#Tdh
A  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 !W48sZr1&  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 .{-C*  
d>k"#|  
V^D!\)#  
n*nsFvt%o  
n~C!PXE  
t(Sjo8, b  
规格：柱形抛物面反射镜 mZ!1Vh  
                         KL^hYjC  
 有抛物面曲率的圆柱镜 >j}.~$6dj_  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 ` Clh;  
 曲率半径等于焦距的两倍 +S C;@'  
W,-fnJk  
]zUvs6ksLG  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） d"~-D;  
;Q8LA",5d  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 *-lw2M9V  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） :}{,u6\  
 离轴角决定了截切区域 v#`7,::  
K'u66%wAL  
规格：参数概述（12° x 46°光束） Ow f:Kife  
? ht;ZP  
   ;($"_h  
"4[8pZO/  
光束整形装置的光路图 bS"zp6Di  
yf@DaIG  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 5FQtlB9F  
 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。 Di>
B:=  
,HHCgN  
反射光束整形系统的3D视图 e%K oecq  
BELx
aV,  
o@j)clf  
YIZ+BVa  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 gkRbb   
 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）。 lq*{2M{[  
MQ7Hn
;`B  
详述案例 de$0DfK  
\Zbi`;m?  
模拟和结果 SZ3UR  
rQM$lJ[x  
结果：3D系统光线扫描分析 =*Ru2  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 86HK4sES  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 ^Z`?mNq9  
Qk h}=3u  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd XJ{b_h#N  
-er8(snDQ  
使用参数耦合来设置系统 +x_9IvaW&?  
Z&[_8Y5j  
w$%1j+%&
 
自由参数： "o6a{KY(  
 反射镜1后y方向的光束半径 Tn"/EO^N  
 反射镜2后的光束半径 #V#sg}IhM?  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） *!-J"h  
 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。 ;[R#:Rk  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 KV {J>J1  
KVA~|j B  
5ON\Ve_H  
.sE5QRVc  
Z@d(0 z  
Qqn9nO9  
?@LqrKj11  
自由参数： P{ HYZg  
 反射镜1后y方向的光束半径 J_ y+.p- 5  
 反射镜2后的光束半径 iwS55o  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） #yi&-9B  
 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。 @kmOz(  
2ms@CQy(00  
6<>T{2b:(p  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 >Ndck2@  
%UnL,V9)  
6L4<c+v_  
结果：使用GFT+进行光束整形 unZYFA}(  
>jH%n(TcC  
K|^'`FpPO  

f tE2@}  
#
BLmT-cl  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 _dk/SWb)  
Htn''adg5  
P<s0f:".  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 *Tyr  
e|2@z-Sp-  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 H4{CiZ  
rD":Gac  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： D_2~ 6  
Fh0cOp(  
BfOQ/k))  
}X?M6;$)  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd |ryV7VJ8  
@})]4H  
结果：评估光束参数 Tc.k0n%W:b  
W _JGJV.^f  
bjCO@t  
 从生成的整形光束场分布，可以评估光束参数。 可以直接通过使用探测器界面实现。 %ok??_}$}q  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M²值感兴趣。 P|'eM%  
eF=cMC  
?=#vp /  
 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。 s.]<r5v7  
 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） 8DLj?M>N  
kACgP!~/1  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd S;L=W9=wby  
*JT,]7>  
光束质量优化 (u:^4,Z  
F(}~~EtPHo  
43m@4Yb  
 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。 |fIIfYE  
 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）。
i&_&4  
INjr$'*  
结果：光束质量优化 2uZ4$_  
56`Tna,t  
x,81#=m^h  
 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。 L5j%4BlK/  
=&~7Q"  
|^k&6QO5  
]9]o*{_+(f  
 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。） aP&bW))CI  
8Z[YcLy"({  
1O,:fTG<  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd cN3!wE  
;vuqI5k  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 W{W8\  
d
YxX%"J  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 ='G-wX&k  
}N,$4h9Dj  
` G-V %  
 这意味着参数变化是的正态 rHaj~s 4  
XDQ5qfE|  
RzOcz=A}  
\@!"7._=  
#
UesXv  
 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。 1"yr`,}?8r  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 HE|XDcYO  
h ]6:`5-  
D8 BmC  
M~eXC  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run H5!e/4iz  
aDZ,9}  
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） GTuxMg`  
Q&]f9j_  
|5TzRz  

U-U"RC>  
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。 N3(.7mxo  
3ZUME\U  
总结 [jEZ5]%  
v2l*n  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 LE}V{%)xD  
1.模拟 urhOvC$a  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 =n<Lbl(7  
2.研究 c:I %j
m  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 38#Zlcf  
3.优化 l=PZlH y1G  
通过使用显示出高斯整形孔径函数和经典场追迹引擎来优化M2参数。 /Os6i&;  
4.分析 SceK$  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 r#'ug^^k$X  
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。