[技术]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） 9|#YKO\\i  
,b!!h]t  
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 h$7rEs  

gRA}sF  
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#n&/yYl9(l  
简述案例 _X5@%/Vz  
0T-y]&uo  
系统详情 .zxP,]"l  
 光源 Cj^:8 ?%  
- 强象散VIS激光二极管 3NRxf8  
 元件 /c
/t_xB  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） 3";Rw9  
- 具有高斯振幅调制的光阑 s*$Re)}S  
 探测器 Du@?j7&l=$  
- 光线可视化（3D显示） j.UQLi&`  
- 波前差探测 O9y4.`a"  
- 场分布和相位计算 CMI'y(GN  
- 光束参数（M2值，发散角） ^3B)i=  
 模拟/设计 $%~-p[)<(P  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 y+D 3(Bsn  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： cm^:3(yYX  
 分析和优化整形光束质量 U(#)[S,  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 `;Qw/xl_N  
>'IFr9&3  
系统说明 YNV!(>\GE  
xszGao'  
7d&_5Tj:  
模拟和设计结果 wcGI2aflD  
jSa9UD  
数值探测器结果 l!VPk"s  
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WmU5YZ(mAq  
-<rQOPH%  
>s#[dr\ww  
总结 VA4>!t)  
2uonT,W  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 =@%;6`AVcp  
1.模拟 N[e QT
 
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 &' ,A2iG  
2.评估 9[qEJ$--  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 jwsl"zL  
3.优化 ,>"rcd  
利用一个具有高斯形状孔径函数的光阑和经典场追迹引擎来优化M2参数。 Gok8:,  
4.分析 QoZ7
l]^  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 K:PzR,nn  
08)X:@ w?  
对于复杂的光束整形装置，特别是离轴系统，可以使用VirtualLab来进行高效的模拟和分析。模拟过程中，根据情况应用不同的模拟引擎。 jG($:>3a@  
@**@W[EM  
详述案例 fQ>=\*b9x^  
5~(.:RX:q  
系统参数 Cj~45)
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/18Z4TA  
案例的内容和目标 Hx;ij?  
 ?39B(T  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 9o-fI@9  
eL)* K>T  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 u{%gB&nC  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 |ocIp/$  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 +<p?i]3CHe  
\BB(0Ah+t  
模拟任务：反射光束整形设置 ,:yv T6)p  
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。 :uM2cc^  
*"rgK|CM$  
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NOOP_:(7H  
/Mq]WXq[V  
*We.?"X'].  
规格：像散激光光束 3/sKRU  
|||uTfrJ  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 ]TTX<R ZLr  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 ">b~k;M?  
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8?qEv,W  
.H1kl)~V  
规格：柱形抛物面反射镜 \Ol3kx|  
                         8J|pj4ce  
 有抛物面曲率的圆柱镜 1FfdW>ay*  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 QusEWq)}<  
 曲率半径等于焦距的两倍 Qxds]5WB/  
aQax85  
Q;O\tl  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） J"w!Q\_  
UN`F|~@v  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 U^_'e_)  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） 75Xi%mlE7  
 离轴角决定了截切区域 j!r4p,  
dZ!Wj7K)  
规格：参数概述（12° x 46°光束） z-G|EAON"/  
T!6H5>zA  
   8kZ~  
&fBLPF%6  
光束整形装置的光路图 yHW=,V.  
o l67x  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 t+0&B"  
 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。 e_J_rx  
s{q)m@  
反射光束整形系统的3D视图 fShf4G_w\  
K?')#%Z/{#  
oRM EC7!A0  
I`h9P2~  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 N"|^AF  
 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）。 ]ABpOrg  
GE$spx  
详述案例 9GS<d.#Nvc  
s~$kzEtjjU  
模拟和结果 SsjO1F  
,hK0F3?H>  
结果：3D系统光线扫描分析 D={|&:`L e  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 kr7f<;rmJ  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。
P,RCbPC4  
8k'UEf`'(  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd J'.:l}g!1  
*IzcW6 [9  
使用参数耦合来设置系统 &Pt|  
-
tT{h4  
/LhAQpUQT5  
自由参数： bG+p
 
 反射镜1后y方向的光束半径 
'<f4POy!  
 反射镜2后的光束半径 LBtVK, ?  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） &0TOJ:RP  
 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。 );$Uf!v4  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 !TY4C`/  
~Dr/+h:^\  
%" $.2O@  
`"[VkQFB/  
iR4CY-  
xMtl<Na   
MxxYMR  
自由参数： K&"Yv~h  
 反射镜1后y方向的光束半径 KtHh--j`  
 反射镜2后的光束半径  ;9c3IK@  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） Rs)tf|`/  
 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。 5(>m=ef"  
uc%75TJ@  
W<;i~W
 
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 -$;H_B+.  
;^:~xJFx|  
%Ua*}C   
结果：使用GFT+进行光束整形  3P/T`)V  
}.gDaxj  
tjOfek
U  
ksY^w+>(!  
{AIP\  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 oypq3V=5  
yVQqz  
r0QjCFSF=  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 >U"f1q*$  

M#})  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 xpFu$2T6P.  
U_!"&O5lr  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： KK]AX;  
8NeP7.U<w  
2DTH|Yv  
qChS} Q  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd -J!F((jt  
\UJ:PW$7  
结果：评估光束参数 S=[K/Kf-  
OdRXNk:k-j  
`]WU=Ss  
 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。 =DE5Wq19  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M²值感兴趣。 Sijwh1j*V  
tK{`?NS  
zDa*n:S
 
 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。 CJjma=XH  
 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） }
?*:uf  
`Lm ArW:  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd #zrD i  
2|EHNy!  
光束质量优化 RZ
|s[bU  
1$@k@*u\  
(' `) m  
 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。 M0c"wi@S_  
 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）。 ~ ;)@a  
lDp5aT;DsM  
结果：光束质量优化 XFYCPET
 
,n &|+&  
<6p{eGAQV  
 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。 }M'\s  
%~Nf,  
"TtK!>!.  
=h&DW5QC  
 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。） n{Jvx>);  
mg'-]>$$]  
q7 Uu 8JXF  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd SL%4w<  
2)[81a  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 34JkB+#a  
<%pi*:E|  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 @H

&Aj..  
[p4a\Qg0  
MrOW&7  
 这意味着参数变化是的正态 J>hl&J  
aM?7'8/  
7jts;H=  
n{4&('NRFP  
e;rs!I!Yw  
 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。 &??(EA3  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 Dvd.Q/f  
RG*Nw6A  
lt,x(2  
?_<ZCH  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run D ?,P\cp  
dP)8T  
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） gvA&F|4  
C6'[Tn  
 PJkMn  
1`aFL5[0$  
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。 ml?+JbLg0  
9Eg'=YJ  
总结 8VMq>-  
+#&2*nY  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 D\*raQ`n  
1.模拟 ?1PY]KNaK  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 iy$]9Wf6=@  
2.研究 /#>?wy<s~  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 X*S|aNaLWW  
3.优化 !7%L%~z^  
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。 qY14LdC}~  
4.分析 6"_FjS3Sl  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 dC,F?^  
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。