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反射光束整形系统
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反射光束整形系统
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发表于: 2020-11-17
光束传输
系统
(BDS.0005 v1.0)
u=e{]Ax#}
!j-Z Lq:;
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
wUJcmM;
oQJtUP%
=7UsVn#o
V!~wj
简述案例
1< ?4\?j
$%f&a3#
系统详情
2&cT~ZX&'
光源
o)/ 0a
- 强象散VIS激光二极管
j1<Yg,_.p
元件
)boE/4
- 光束准直和整形的反射元件(例如圆柱抛物面镜)
J<lW<:!3]
- 具有高斯振幅调制的光阑
cU
探测器
RxQ *
-
光线
可视化(3D显示)
xoME9u0x4
- 波前差探测
Q+{n-? :
- 场分布和相位计算
0=$T\(0g
- 光束
参数
(M2值,发散角)
{n=|Db~S
模拟/设计
2~[juWbz
- 光线追迹(Ray Tracing:):基本系统预览和波前差计算
t_1LL >R
- 几何场追迹+和经典场追迹(Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing):
VIbq:U
分析和
优化
整形光束质量
[V`r^
元件方向的蒙特卡洛公差分析
K(|}dl:
nJ;.Td
系统说明
e|r`/:M
}6ldjCT/,
lEBLZ}}\
模拟
和设计结果
NHE18_v5
_#8MkW#]~
J .<F"r>
场(强度)分布 优化后
数值探测器结果
Iga024KR
vih9KBT
4^d?D!j
y1#1Ne_
B<C&xDRZ0
总结
Ho]su?
:23P!^Y
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。
6S{l'!s'
1.模拟
-Qe'YBy:
使用光线追迹验证反射光束整形装置。
@(lh%@hO
2.评估
HVAYPerH
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。
nr#|b`J]
3.优化
2KZneS`
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。
nr3==21Om4
4.分析
moE2G?R
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。
GtHivC
lLIAw$
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。
C_Wc5{
uw8f ~:LT
详述案例
cH)";]k*-
e}W)LPR!
系统参数
k;W XB|k
5-A\9UC*@
案例的内容和目标
e#q}F>/L
dF2RH)Ud
在BDS.0001,BDS.0002,BDS.0003和BDS.0004案例中,研究了折射光束传输系统。
")25 qZae
o !7va"
C9;kpqNG#u
目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。
," ql5Q4
之后,研究并优化整形光束的质量。
q cno^8R
另外,探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。
@%SQFu@FJ
D&zle~" J
模拟任务:反射光束整形设置
T^q 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。
jj>]9z
A %-6`>
tf G@&&%9
b`_Q8 J
zBH2@d3W
XX~,>Q}H=
规格:像散激光光束
LgYq.>Nl9
aQ~s`^D
由激光二极管发出的强像散高斯光束
nRY5xRvK
忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动
2T`!v
wQLSf{2
i mM_H;-X
1:wQ.T
w*Ihk)
2Rz
规格:柱形抛物面反射镜
H)&R=s
. ]M"# \
有抛物面曲率的圆柱镜
azU"G(6y?+
应用用锥形常数.-1来实现锥形界面
F1hHe<)
曲率半径等于
焦距
的两倍
|K~Nw&rZ]
S[QrS7
jFb?b6b
规格:离轴抛物面圆柱镜(楔型)
H[|~/0?K
B?wq=DoG
对称抛物面镜区域用于光束的准直
.sA.C]f
从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜(楔型)
uIrG* K
离轴角决定了截切区域
LHmZxi?
t:c.LFrF
规格:参数概述(12° x 46°光束)
B\n[.(].r
uVU)d1N
qY#6SO`_iy
)CyS#j#=
光束整形装置的光路图
`,0}ZzaV&
-{_PuJ "
MY/}-*|
由于VirtualLab的相对坐标系统,则仅需设置z方向的距离。
/Q )\ +
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。
59-c<I/}f
:i7;w%B
反射光束整形系统的3D视图
+^<](z
DeYV$W B
P }uOJVQ_
S@sO;-^+
光学
元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。
07 $o;W@
绿线表示生成的光轴,由VirtualLab的基础定位方法生成(仅仅设置了距离z和倾角)。
fn!KQ`,#
39jG8zr=Z[
详述案例
RFH0
M@ZI\
模拟和结果
X8`Sf>
Lh<).<S
结果:3D系统光线扫描分析
9k=3u;$v
首先,应用光线追迹研究光通过
光学系统
。
IIqUZJ
使用光线追迹系统分析仪进行分析。
abEmRJTmW
1i] ^{;]
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd
M#[{>6>iE
llsfTrp
使用参数耦合来设置系统
wvPk:1wD5
7[wieYj{
.>nRzgo
自由参数:
!g.?
反射镜1后y方向的光束半径
_-F s#f8
反射镜2后的光束半径
VD\=`r)nT
视场角,这决定了离轴取向(这些值保存为全局变量)
b_):MQ1{
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。
wa3}SB
对于此计算,应用了嵌入的参数耦合功能。
rXU\
T,tdL N-
k;L6R!V
8e|%M
$tS}LN_!
tRfo$4#NY
kSh( u
自由参数:
_/K_[w 1
反射镜1后y方向的光束半径
AzxXB
反射镜2后的光束半径
})?GzblI&
视场角,这决定了离轴取向(这些值保存为全局变量)
8&aq/4:q0
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。
E@3aI Axh
O0y_Lm\
U b!(H^zu
如果这个例子评估20个参数,那么返回到光路图(LPD)。
"w.3Q96r
""|Qtubv
?3xzd P
结果:使用GFT+进行光束整形
RdML3E
}Z,x~G
!GGkdg*-*9
&JI8]JmU)
b>N8F^}~O
现在,利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。
K6)j0]K1
3Ims6I]
k)Qtfj}uij
由于离轴设置,光线分布显示出轻微的不对称形状。
E+w<RNBmz
H'hpEwG
不过,场分布几乎是对称的(最好是使用伪色(false colors))。
o.l-7
\;"=QmRD%:
产生的相位是完全平坦的,产生的波前误差:
u-5{U-^_
&IB