[技术]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） E/Q[J.$o  
54-s
b~]  
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 @@# ^G8+l  
eXc`"T,C.  
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TW-r~  
V[(zRGa{  
简述案例 ,l_"%xYx  
Vge9AH:op  
系统详情 Elom_   
 光源 Z7V1e<E  
- 强象散VIS激光二极管 l <Tkg9  
 元件 Y#=0C*FS  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） .Qyq*6T3&  
- 具有高斯振幅调制的光阑 V) a<)  
 探测器 [W,Ej  
- 光线可视化（3D显示） %|I~8>m  
- 波前差探测 &_x:+{06  
- 场分布和相位计算 
]t=m  
- 光束参数（M2值，发散角） ?<ks^2D
 
 模拟/设计 Q;*TnVbJ  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 ||;V5iR
:  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： $>hPB[[  
 分析和优化整形光束质量 u<!8dQ8  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 k-Hy>5;  
+g(>]!swb  
系统说明 'P0:1
">  
NoB)tAvw  
3,8<5)ds*  
模拟和设计结果 ]o$aGrZ  
xA& tVQ2!  
数值探测器结果 W4%I%&j  
)\s{\u \  
x"9`w42\r  
93Kd7x-3  
r5M {*  
总结 Hz) Xn\x  
F0t-b%w,  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 {0RwjPYp  
1.模拟 0ft81RK  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 fd!bs*\X  
2.评估 s;Q0  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 *'H0%GM  
3.优化 B5{ wSr  
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。 (HbA?Aja  
4.分析 rE$0a-d2B  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 !w2J*E\  
<'N"GLJ  
对于复杂的光束整形装置，特别是离轴系统，可以使用VirtualLab来进行高效的模拟和分析。模拟过程中，根据情况应用不同的模拟引擎。 i/E"E7  
.)59*'0  
详述案例 o-a\T  
1Bp?HyCR  
系统参数 fUx;_GX?  
.;}vp*  
案例的内容和目标 NXo$rf:  
0`UI^
Y~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。 QiC}hj$  
##!idcC  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 ;}1O\nngR  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 uE]
HU  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 Vl'Gi44)3"  
TS4Yzq,f  
模拟任务：反射光束整形设置 =\~<##sRJ  
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。 o-i9 :AHs  
q>|&u  
hhWIwR  
*Tc lcu  
U/}YpLgdD  
c(W
s3  
规格：像散激光光束 D8X~qt/  
9U&~H*Hf  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 )hG4,0hv&  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 rf?%- X(V  
7md,!|m
 
&~=FXe0S  
5tx!LGOK  
%9vl  
56w uk [)  
规格：柱形抛物面反射镜 mHe[ NkY6  
                         1A%0y)]  
 有抛物面曲率的圆柱镜 \!LIqqX  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 FD'yT8]"  
 曲率半径等于焦距的两倍 /_SQKpic  
s!<RWy+  
9]C%2!Ur,  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） PH.g+u=v  
L:j3  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 a\-AGG{2/X  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） =E.!Ff4~(  
 离轴角决定了截切区域 =xw+cs1,x  
JAx0(MZO  
规格：参数概述（12° x 46°光束） rjK]zD9  
PI\C*_.  
   A=W:}szt]  
y%Rq6P=4Q  
光束整形装置的光路图 T<oDLJA\  
7F2 WmMS  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 NC%96gfD  
 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。 <
@Z`<T6  
F[(ocxQZ3  
反射光束整形系统的3D视图 .^dtdFZ8,  
71n3d~!O>  
]!q
>@b  
EDT9O  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 GXaPfC0-y  
 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）。 hCBre5  
40%fOu,u`  
详述案例 p$=Z0p4%LL  
|yl,7m/B-G  
模拟和结果 ?;VsA>PV  
iGPrWe@.  
结果：3D系统光线扫描分析 WEYZ(a|
 
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 &@K6;T  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 FI,K 0sO/|  
e%s1D  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd ZIN1y;dJ  
/!?b&N/d)  
使用参数耦合来设置系统 EXMW,  
kXV
;J$1  
~R&rQJJeJ  
自由参数： }.a{;{y  
 反射镜1后y方向的光束半径 E
.%V0}  
 反射镜2后的光束半径 S B~opN  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） C$p012D1  
 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。 ~&?57Sw*m  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 E{0e5.{  
5dGfO:Dy_  
NH;e|8  
0W0GSDx  
)DmydyQ'  
yAAV,?:o[  
!Q WNHL  
自由参数： 6cd!;Ca
 
 反射镜1后y方向的光束半径 W[I$([  
 反射镜2后的光束半径 E mg=,  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） ,4S[<(T"  
 基于光束发散角和直径（x和y方向）焦点，可以计算并设置反射镜的直径和距离z。 w$IUm_~waa  
=;+gge!?bB  
~j>
yQ%[v  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 ,,H;2xYf  
O=t~.]))  
[O<F`u"a
 
结果：使用GFT+进行光束整形 @<3E`j'p  
&@,lF{KTL  
@ R[K8  
2 431v@  
c(uDkX  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 je@&|9h  
Td,d9M  
>|, <9z`D  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 T ay226  
tmOy"mq67  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 -.r"|\1X  
[ :)
F-  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： TE;f*!  
1$1>cuu  
>-\^)z  
etT9}RbQ  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd cpl Ny?UIC  
k>F!S`a&m  
结果：评估光束参数 w>8HS+  
sZ~03
QvkT  
+_/ys!  
 从生成的整形光束场分布，可以评估光束参数。 可以直接通过使用探测器界面实现。 w,X)g{^T  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M²值感兴趣。 )Nqx=ms[(!  
Z'`\N@c#  
VQ,5&-9Y3  
 整形光束在x和y方向上显示了一个几乎相同的半径。 发散角大约是4urad。 ^SsdM#E  
 M²值明显高于1。（与理想高斯光束相比，高M²值是由光束偏离引起的） vmEn$`&2t  
1X2|jj  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd b1>]?.  
*#E_KW1RV  
光束质量优化 qE3Ud:j  
R(pQu! K4  
l?$X.CwX  
 通常，使用合适的高斯调制光阑以用于优化M²值。 因此，我们使用测量的半径作为腰束半径（消除发散角）来生成一个高斯光束。 p+<qI~  
 之后，将接收场转换成一个透射函数。 将该传输函数用作光阑（在一个透射函数元件中）。 P5h
*RV>oS  
j94~cYV  
结果：光束质量优化 xI<B)6D;f  
4CchE15  
Go1xyd:k  
 由于通过高斯孔径传播，光束显示出理想高斯形状。 因此，M²值在两个方向上几乎都是1。 5=8v\q?)c  
]KEE+o  
ovOV&Zt  
5L<A7^j  
 然而，光束半径是略有减少。（光束半径显示在最后一张幻灯片是由于其偏离了理想高斯。） @{#'y4\>  
@I|kY5'c  
u$[&'D6  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd E.;Hm;  
&>+5 8  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 <m^a ?q^  
Ym"^Ds}  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 U+#^>}wc  
43y@9P0  
fd #QCs  
 这意味着参数变化是的正态 
9{U@s  
</ "Wh4>C  
GOGS"q  
shL_{}  
so1  
 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&
4wzT  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 !
( +M  
cAGM|%  
S&-F(#CF^  
#g@4c3um|  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run o3\^9-jmp  
|A,.mOT  
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） cUP1Uolvn  
]K8G}|Wy6  
h8%QF'C  
U[Sh){4j  
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。 h?;03>6A&]  
B5+Q%)52  
总结 5(\/ b<#  
AxH`4=3<  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 \v+c.  
1.模拟 Nxl#]  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 x5xMr.vm  
2.研究 G5OGyQp  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 oiR9NB&<  
3.优化 ooB9iNo^  
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。 %"oGJp  
4.分析 },}g](!m  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 nj00g>:>  
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。