光束传输系统(BDS.0005 v1.0) /9=r.Vxh
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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 WvZt~x&2
R@-x!*z
S1[, al G
c\^Kg^#
简述案例 I~;w Q P{x6e/ 系统详情 ve+bR 光源 ~yt 7L,OQ - 强象散VIS激光二极管 K9-9 c"cz 元件 ;80^ GDk~S - 光束准直和整形的反射元件(例如圆柱抛物面镜) \1SC:gN*# - 具有高斯振幅调制的光阑 VEp cCK 探测器 <D P8a<{{ - 光线可视化(3D显示) zn>+\ - 波前差探测 9a @rsyX - 场分布和相位计算 5rmU9L - 光束参数(M2值,发散角) :}yT?LIyP 模拟/设计 Ta[\BWR2 - 光线追迹(Ray Tracing:):基本系统预览和波前差计算 Se_]=>WI - 几何场追迹+和经典场追迹(Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing): J?dLI_{< 分析和优化整形光束质量 hbg$u$1`, 元件方向的蒙特卡洛公差分析 l2kGFgc ~8yh,U 系统说明 sQJGwZ7 |j-ng;
L$i:~6 模拟和设计结果 xr{Ym99E$ $C sE[+k1
F}7sb#G 场(强度)分布 优化后
数值探测器结果 NYr)=&)Ke.
KzP{bK5/
i!RfUod
uorX;yekC Q`W2\Kod] 总结 ]'"Sa<->
s[sv4hq 实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 h=0a9vIXF 1.模拟 A.Wf6o 使用光线追迹验证反射光束整形装置。 !\<a2>4$T 2.评估 hPUAm6b; 应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 ,:e~aG,B 3.优化 swxX3GR 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。 ;Y[D#Ja- 4.分析 m$_b\^we 通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 OxYAM,F DnFzCJ 对于复杂的光束整形装置,特别是离轴系统,可以使用VirtualLab来进行高效的模拟和分析。模拟过程中,根据情况应用不同的模拟引擎。 /IG{j} Uns%6o 详述案例 Ps>:|j+
e.skE>& 系统参数 W} i6{Vh 0cE9O9kE 案例的内容和目标 rHTZM,zM=H
6e rYjq 在BDS.0001,BDS.0002,BDS.0003和BDS.0004案例中,研究了折射光束传输系统。 cZQ8[I 5E-;4o;RI(
X!qK[b@Z 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 9-/q-, 之后,研究并优化整形光束的质量。 =`QYy-b X 另外,探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 OemY'M?ZQ pX{wEc6} 模拟任务:反射光束整形设置 L?j0t*do 引入的反射光束整形装置是基于一个反射镜系统,此系统由两个抛物面圆柱反射镜镜与抛物面截面反射镜组成。焦点距离和镜子的位置取决于输入光束的发散角。 A4!X{qUT-
yAryw{(
N?ccG\t 3fhY+$tq
{KNaJ/:>W (<r)xkn 规格:像散激光光束 xy7A^7Li )b #5rQ 由激光二极管发出的强像散高斯光束 -n&&d8G^s 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动
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b^Z2Vf:k]
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L@{'J &liON1GLM
规格:柱形抛物面反射镜 "D
_r</b h(HpeN%`# 有抛物面曲率的圆柱镜
5[Vr {^) 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 dGYR
'x 曲率半径等于焦距的两倍 1H-Y3G>jN |y U!d
% 7b[sW|{ 规格:离轴抛物面圆柱镜(楔型) VKDOM0{V P!W%KobZ7| 对称抛物面镜区域用于光束的准直 z3uR1vF' 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜(楔型) ^)~Smj^d 离轴角决定了截切区域 x 4+WZYv3 -/pz3n 规格:参数概述(12° x 46°光束) fA6IW(_bi s#s">hMrI
p>7qyZ8 3p=Xv%xd 光束整形装置的光路图 IQPu%n{0v ,Q-,#C"
BA c+T 由于VirtualLab的相对坐标系统,则仅需设置z方向的距离。 /P*XB%y 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。 ChTq !W "Xv} l@ 反射光束整形系统的3D视图 .jCGtR )%
@KTuG ?.
ayA;6Qt Y1-dpML 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 R'k`0 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)。 vTK%4=|1}! <-v
zS; 详述案例 =HCEUB9Fs LL#REK|lm8 模拟和结果 S[zvR9AW& teJt.VA7) 结果:3D系统光线扫描分析 !i;6!w 首先,应用光线追迹研究光通过光学系统。 ]o<]A[< 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 N:<$]x> 0V1GX~2 file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd ,ErfTg&^ 1,wcf, 使用参数耦合来设置系统 [Arf!W-QG
='h2z"}\Bn
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自由参数: cW:y^(X ii
反射镜1后y方向的光束半径 >9{?]x
反射镜2后的光束半径 -{\(s=%
视场角,这决定了离轴取向(这些值保存为全局变量) ,m=G9QcN
由于功能原理,所有系统参数(距离,焦距,直径)可以由光束参数分析计算。 Xf`e 4
对于此计算,应用了嵌入的参数耦合功能。 $X#y9<bW
;7P'>j1?U
spV7\Gs.@
1C<cwd;9
f!x9%
1B4Qj`:+0
Uj(0M;#%o+ 自由参数: >5CK&6 反射镜1后y方向的光束半径 ,.<mj !YE 反射镜2后的光束半径 sUG!dwqqd 视场角,这决定了离轴取向(这些值保存为全局变量) 1CB&z@ 基于光束发散角和直径(x和y方向)焦点,可以计算并设置反射镜的直径和距离z。 aJ+V]WmA 3YvKHn|V" `MU~N_ 如果这个例子评估20个参数,那么返回到光路图(LPD)。
=Wcvb?;* l8oaDL\f %+~\I\)1 结果:使用GFT+进行光束整形 D~C'1C&W 4C*ywP
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fn 现在,利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。
[~9UsHfH h!w::cV UMGiJO\yH 由于离轴设置,光线分布显示出轻微的不对称形状。
s)E \ <w9~T TS 不过,场分布几乎是对称的(最好是使用伪色(false colors))。
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^ }7O|Y7 产生的相位是完全平坦的,产生的波前误差:
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@"7S$@cO bIU.C|h@ file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd
?4b0\ - XO
<0;9| 结果:评估光束参数 ME)Tx3d 1wR[nBg*| { M**a 从生成的整形光束场分布,可以评估光束参数。 可以直接通过使用探测器界面实现。
KwL_ae6fV 在这个例子中,我们对光束半径,发散角和M2值感兴趣。
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Xd(^7~i 3x[Cpg, 整形光束在x和y方向上显示了一个几乎相同的半径。 发散角大约是4urad。
I8bM-k):9R M2值明显高于1。(与理想高斯光束相比,高M2值是由光束偏离引起的)
Y^+x< /*#o1W?wQZ file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd
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5n D4L&6[W 光束质量优化 es)^^kGj6f Pe_O( ,:t,$A 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。
^ptybVo 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)。
4#IT" i Lwl1ta- 结果:光束质量优化 ^%7( R;OPY?EeW ^+>*Y=fl 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。
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mh3S?Uc /yI4;:/ 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。)
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CTNL-> file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd
&s".hP6 NH/A`Wm 反射镜方向的蒙特卡洛公差 nm5DNpHk 9S%5Z> 对于公差,在随机模式下我们使用参数运行特性。
KuP#i]Na d"FB+$ 6|eqQ+(A 这意味着参数变化是的正态
[.}qi[=n d0>U-.
lx|Aw@C3~ J+P<zC =o9s?vOJ 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。
"-&K!Vfs 这意味着,波前对对齐误差很敏感。
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