光束传输系统(BDS.0005 v1.0) h%Nbx:vKk
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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 C<.t'|
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3f{%IU(z &S.zc@rN
简述案例 E6-alBi% z90=,wd 系统详情 _J51:pi 光源 *q%)q - 强象散VIS激光二极管 _BcYS 元件 }31z
35 - 光束准直和整形的反射元件(例如圆柱抛物面镜) ~67L - 具有高斯振幅调制的光阑 KB,!s7A 探测器 {.We%{4V - 光线可视化(3D显示) b|c?xHF}K - 波前差探测 89B1\ff - 场分布和相位计算 k!]Tg"]JAh - 光束参数(M2值,发散角) {)eV) 2a 模拟/设计 XV2f|8d> - 光线追迹(Ray Tracing:):基本系统预览和波前差计算 <dTo-P - 几何场追迹+和经典场追迹(Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing): y?-wjJS> 分析和优化整形光束质量 8KpG0DC 元件方向的蒙特卡洛公差分析 |5}{4k~9J <R:KR(bT 系统说明 V*U7-{ *a m7 !Fb
dG|srgk+ 模拟和设计结果 DVYY1!j< DTdL|x.{
2-| oN/FD 场(强度)分布 优化后
数值探测器结果 z(^p@&r)F
x3L3K/qMg
R
Nr=M^Zn
(r,RwWYm a%f5dj+ 总结 +fzZ\
EX8:B.z`57 实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 J4te!, 1.模拟 ru)%0Cyx 使用光线追迹验证反射光束整形装置。 -t
%.I=| 2.评估 W K#lE&V3 应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 muQ7sJ9
r 3.优化 `3r *Ae 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。 io:?JnQSA 4.分析 u~?]/-.TY 通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 J3Q.6e=7 7,|-%!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。 oZ%t! Fl1 xYM!mcA 详述案例 mxjY-Kq
n$}c+1
系统参数 E/_=0t SsafRK$ 案例的内容和目标 lN 1 T\
BZsw(l4/0' 在BDS.0001,BDS.0002,BDS.0003和BDS.0004案例中,研究了折射光束传输系统。 }mz4 3Sq< 6R@
v>}
q{c6DCc ]\ 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 a +*|P 之后,研究并优化整形光束的质量。 =Ze~6vS, 另外,探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 T:wd3^.CG 9n!3yZVSe 模拟任务:反射光束整形设置 Kd;|Z 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。 sJ?Fque
s BF>a|
P 2;j>=W blaxUP:
n?aogdK$V !e.@Xk.P6 规格:像散激光光束 [F+lVb Y cOtPS% 由激光二极管发出的强像散高斯光束 ^']xkS 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 if:2sS9r
V}7I?
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规格:柱形抛物面反射镜 |,t#Au}61 ]Rnr>_>x; 有抛物面曲率的圆柱镜 <+sv7"a 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 Tp[ub(/;7 曲率半径等于焦距的两倍 u;~/B[ t
7;V`[ ^7TM.lE 规格:离轴抛物面圆柱镜(楔型) 5x4JDaG2 FL0(q>$*8 对称抛物面镜区域用于光束的准直 +n^$4f 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜(楔型) Lc+wS@ 离轴角决定了截切区域 K!HSQ,AC 6/s#'#jh 规格:参数概述(12° x 46°光束) ![U|2x N\HOo-X
N$>g)Ml? ~+QfP:G 光束整形装置的光路图 cRT@Cu *Yl9%x]3c
'`\\O:@C` 由于VirtualLab的相对坐标系统,则仅需设置z方向的距离。 =|pQA~UU# 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。 id&; ~naL1o_FZ 反射光束整形系统的3D视图 Mh[;E'C6
&'c1"%*%8>
HWFo9as""v q*?LXKi 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 !95ZK.UT 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)。 gG~UsA ~F+{P4%`< 详述案例 HeNg<5v%Y rC[*x} 模拟和结果 zg0)9br @FdtM<X 结果:3D系统光线扫描分析 m+"?;;s 首先,应用光线追迹研究光通过光学系统。 d*3k]Ie%5f 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 :JxShF:M 80&JEtRh file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd *Jmy:C<> R4]t D| 使用参数耦合来设置系统 K82pWpR
q*mNVBy
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自由参数: %m t|Dl
反射镜1后y方向的光束半径 U<KvKg
反射镜2后的光束半径 >j|.pi
视场角,这决定了离轴取向(这些值保存为全局变量) bQrH8)
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。 b Zn:q[7
对于此计算,应用了嵌入的参数耦合功能。 1ePZs$
b{b2L.
!WR(H&uBr\
JC_Y#kN@z
o(u&n3Q'
F(Pe@ #)A
#78p#E 自由参数: |K,9EM3 反射镜1后y方向的光束半径 ^j0Mu.+_ 反射镜2后的光束半径 B<I%:SkF@ 视场角,这决定了离轴取向(这些值保存为全局变量) }'b3'/MJ 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。 wbyY?tH +=)<
Su. S>/p6}3] 如果这个例子评估20个参数,那么返回到光路图(LPD)。
h*Rh:yCR> G{pfyfF 8T):b2h 结果:使用GFT+进行光束整形 UwvGw5)q `M6!V
<IC=x(T \j+O |#`|) lQ<2Vw#Yl 现在,利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。
{Uz@`QO3 ^&03D5@LoY N /p9Ws 由于离轴设置,光线分布显示出轻微的不对称形状。
Vl%AN;o m$ )yd~ 不过,场分布几乎是对称的(最好是使用伪色(false colors))。
d(3F:dbk {KxeH7S 产生的相位是完全平坦的,产生的波前误差:
c*-8h{} ,^pM]+NF|
@{iws@. {0nZ;1,m file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd
XI}
C|]# jrbEJ. 结果:评估光束参数 n#uH^@#0 n (7m =Mzg={)v 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。
OL4I}^*, 在这个例子中,我们对光束半径,发散角和M2值感兴趣。
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K_{f6c< w,bILv) 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。
F[<EXLQ 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)
}fpK{db jV]'/X< file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd
zlF*F8>m ?&I gD. 光束质量优化 K{.s{;# x|d Xa0=N_ bE#=\kf| 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。
P~Q5d&1SO 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)。
RrSSAoz1 )xX(Et6+` 结果:光束质量优化 6&M