[技术]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） j#JE4(&  
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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 3hbUus  
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简述案例 +hKH\]  
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系统详情 rH5'+x K  
 光源  h@"u==0  
- 强象散VIS激光二极管 SoJ'y
6  
 元件 LwS>jNJx  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） {1]/ok2k5  
- 具有高斯振幅调制的光阑 C4/p5J  
 探测器 %<Te&6NU
'  
- 光线可视化（3D显示） u!K5jqP  
- 波前差探测 GJIM^  
- 场分布和相位计算 agMI$  
- 光束参数（M2值，发散角） %)@3V8OI  
 模拟/设计 pxi/ ]6pw  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算
-p2 =?a  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： ^Q""N<  
 分析和优化整形光束质量 XH{P@2~l  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 R=u!RcvR  
@8xa"Dc  
系统说明 &Eqa y'  
0R[onPU_vZ  
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模拟和设计结果  {]=oOy1  
b\H !\A  
数值探测器结果 qGPIKu  
FW7@7cVoF  
*^b<CZd9  
wUBug  
zM*PN|/%sH  
总结 vynchZ+g]  
li Hz5<|  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 ($A0umW1%  
1.模拟 <>|/U`  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 yQM<(;\O  
2.评估 #+]-}v3  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 mbh;oX+  
3.优化 M~k2Y$}R  
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。 #X?#v7i",D  
4.分析 C~#ndl Ij  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 D%NVqk|  
)RE~=*?d  
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。 _p
S!sY~d  
w~I;4p~(N  
详述案例 5EqC.g.  
Q!_@Am
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系统参数 c!})%{U  
iYHCa }  
案例的内容和目标 KeiPo KhZi  
'z.: e+Q_  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 z'+k]N9Q^  
&z"sT*3  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 _YM]U`*  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 ^w*$qzESy  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 AJ`R2 $  
}qhNz0*  
模拟任务：反射光束整形设置 PC3-X['[  
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。 hd E?%A  
'7Aj0U(  
IFg(Ze~  
kbF+aS  
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)5(Ko<"  
规格：像散激光光束 iB=v >8l%  
+@c-:\K%  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束
V.k2t$@  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 r{~@hd'Aj  
6%&RDrn  
4H\+vJPM  
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}1/`<m  
WKwU:im  
规格：柱形抛物面反射镜 OVE5:)$x  
                         IT~pp_6g  
 有抛物面曲率的圆柱镜 Gap\~Z@L  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 )K+Tvx3(m  
 曲率半径等于焦距的两倍 EhBYmc"&  
d^Jf(NE0Yo  

"7T9d)  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） DY~zi  
qAF.i^  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 DE^@b+6  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） itg PG  
 离轴角决定了截切区域 JZS#Q\JN  
mq(*4KFWJ2  
规格：参数概述（12° x 46°光束） B
Vt)~HZ  
l$s8O0-'T  
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9se,c  
光束整形装置的光路图 Qs^RhF\d  
I>jDM  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 J
:q:g*Wi  
 因为离轴抛物面镜的位置是相对于它的焦点，那么到反射镜2的距离z必须是负的。 -brn&1oJ  
)Z2l*fV  
反射光束整形系统的3D视图 E2D}F
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{{\ d5CkX  
y,`SLgBID  
EZ.|6oug\  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 F5#P{zk|  
 绿线表示生成的光轴，由VirtualLab的基础定位方法生成（仅仅设置了距离z和倾角）。 JlF$|y,gV,  
Po
=@ 6oB  
详述案例 y^SDt3Am  
-0{"QhdE%  
模拟和结果 (Es0n$Xb  
kdX]Afyj  
结果：3D系统光线扫描分析 *{y/wgX  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 V_SZp8  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 .<!Jhf$  
;DkX"X+  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd ftqi>^i  
L
J+fZ N  
使用参数耦合来设置系统 j0LA  
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V,AZf  
uH6QK\  
自由参数： km]RrjRp  
 反射镜1后y方向的光束半径 42Gv]X  
 反射镜2后的光束半径 !/6`<eQ `  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） &4%j
  
 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。 5DHFxym'  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 BAq@H8*B  
T =l4Vb{>  
V ?10O  
dh~+0FZ{A  
:d7tzYT ^  
fh1rmet&Ts  
*:q,G  
自由参数： ZS-O,[  
 反射镜1后y方向的光束半径 ~vVsxC$.  
 反射镜2后的光束半径 Dt9[uyP&  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） 8?L7h\)-  
 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。 o+H;ZGT5H  
X\I"%6$  
PuuO2TZ  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 &wlSOC')j  
s4$Z.xwr  
6<h?%j(  
结果：使用GFT+进行光束整形 llf|d'5Nl  
G|Du/XYh  
\&&jzU2  
O>=D1no*  
W6&s_ (  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 H)s$0Xd  
m#E%, rT  
*EZ'S+wR  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 ;t.LLd  
Hw1<!Dyv  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 Vp;^_,
  
50:$km\  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： ^cE|o&Rm;  
UqaLTdYG  
wX3x.@!:  
PQmgv&!DP  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd z;dD }Fo  
X]?qns7  
结果：评估光束参数 vGK'U*gGD  
(f^K\7HM  
 xZ*.@Pkr  
 从生成的整形光束场分布，可以评估光束参数。 可以直接通过使用探测器界面实现。 [jD.l;jF  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M²值感兴趣。 `&.]>H)N*  
S$!)Uc\)A  
!H`! KBW  
 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。 #6[7q6{4  
 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） `7|\Gqy  
A6APU><dm^  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd
=R08B)yR  
QMGMXa  
光束质量优化 1D42+
cy  
/7$3RV(  
FbMX?T"yH  
 通常，使用合适的高斯调制光阑以用于优化M²值。 因此，我们使用测量的半径作为腰束半径（消除发散角）来生成一个高斯光束。 GW_@hYIqD  
 之后，将接收场转换成一个透射函数。 将该传输函数用作光阑（在一个透射函数元件中）。 :nuMakZZ  
By|y:  
结果：光束质量优化 O
Y'490  
IK%fX/tDyc  
-saisH6  
 由于通过高斯孔径传播，光束显示出理想高斯形状。 因此，M²值在两个方向上几乎都是1。 ;%r#pv~  
1C[j:Ly/  
DwXzmp[qWH  
w<?v78sT  
 然而，光束半径是略有减少。（光束半径显示在最后一张幻灯片是由于其偏离了理想高斯。） #]ZOi`;  
gDP\u<2!  
S!0ocS!t  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd wl1JKiodg  
k<xiP@b{y  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 Mf0XQ3n`H  
fqaysy  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 y*,3P0*z  
%m:T?![XO  
"(uEcS2<  
 这意味着参数变化是的正态 *R17 KMS  
 fL9R{=I%  
_ri1RK,  
l4o
I5)w  
f n9[Li  
 对于这个例子，假设每个反射镜都有±0.1°的角度偏差（绝对的方向）。 由于这个偏差，整形光束的波前差明显增加。 -lM4*+f  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 S/j~1q_|G  
S0V%JY;Gv  
=]h5RC  
RW!D!~  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run -ec~~95  
@Oe!*|?mS  
第一个随机公差的典型强度分布：（相应的均方根波前差：1.08λ，40.4λ，140λ） tcYbM+4e  
Xp<RGp7E  
9/OB!<*V|  
;H5H7ezV  
由于波前差和因此校准的偏差更大，M²值明显增加。可以使用高斯孔径来减少。 _ukKzY  
i7:R4G(/#  
总结 g>h5NrDN  
`A5^D  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 "j5b$T0P>  
1.模拟 vmI]N  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 .W{\wkn  
2.研究 SRq0y,d  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 |r"1 &ow5  
3.优化 @,i_ KN6C  
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。 ^Z7])arA  
4.分析 jIx5_lFe  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 pqPhtWi%PJ  
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。