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    [技术]反射光束整形系统 [复制链接]

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    离线infotek
    科学家
     
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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2023-03-30
    光束传输系统（BDS.0005 v1.0） zQ |2D*W  
    jel:oy|_  
    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 R\5,H!V9n  
    fwv^dEe  
     \^*:1=|7u]  
    &J&'J~N  
    简述案例     88~Nrl=co  
    O{_t*sO9q*  
    系统详情 Tc/^h 4xH  
    光源 }[;ZZm?  
    - 强象散VIS激光二极管 ea"X$<s>-  
     元件 n2bhCd]j<b  
    - 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） 6X*vCylI  
    - 具有高斯振幅调制的光阑 IQ @9S  
     探测器 TvDSs])  
    - 光线可视化（3D显示） (|K+1R  
    - 波前差探测 Qdq;C,}Ai.  
    - 场分布和相位计算 xqzeBLU  
    - 光束参数（M2值，发散角） M5ZH6X@5  
     模拟/设计 FC] *^B  
    - 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 Dj(PH3^  
    - 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： /=S@3?cQAB  
     分析和优化整形光束质量 Gu*y7I8  
     元件方向的蒙特卡洛公差分析 22ON=NN  
    k_,7#:+  
    系统说明 e'.BTt58Y  
    94+^K=lAX  
    ;[}OZt  
    模拟和设计结果 V|MHDMD=  
    F<,pAxl~@  
    Xe %J{  
    场（强度）分布                                   优化后
    数值探测器结果 bgi_QB#k\  
    ?Fl}@EA#M  
    X\h.@+f=  
     1 %P-X!  
    }#FV{C]  
    总结 HLW_Y|QaFo  
     KSPa2>lz?  
    实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 ._G ,uP$  
    1.模拟 !FL"L 9   
    使用光线追迹验证反射光束整形装置。 |Gf<Ql_.4  
    2.评估 <{kPa_`'  
    应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 >J7slDRo  
    3.优化 }ssV"5M  
    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。 m[}k]PB>  
    4.分析 [=>=5'-  
    通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 1%+-}yo<  
    jsN[Drra  
    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。 idYB.]Y(  
    F0<)8{s  
    详述案例 KV_/fa~Ry  
     V'&;r'#O  
    系统参数 Ab@ G^SLX  
    9>~pA]j%  
    案例的内容和目标 X<L=*r^C,=  
     Q/S ^-&~  
    在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 eA4D.7HDK  
    INN}xZ  
    G4@r_VP\  
     目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 _eKO:Y[e  
     之后，研究并优化整形光束的质量。 ,u `xneOs  
     另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 qPQIcJ  
    VmqJMU>.  
    模拟任务：反射光束整形设置 =P(*j7=  
    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。 0SI@`C*1o  
     [7vV#s3kJ  
    s* (a  
    h^\vk!Q-d  
    AM}2=Ip  
    XRV]u|w=g  
    规格：像散激光光束 KW .4 9  
    Oh! {E5!)  
     由激光二极管发出的强像散高斯光束 J~2SGXH)^?  
     忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 5%I3eL%s  
     0vv~G\yM  
    !/}3/iU  
    I\Op/`_=E  
     j9+4},>>CU  
    ]>X_E%`G<b  
    规格：柱形抛物面反射镜     8gS7$ EH'  
                             Tvx1+0Z%z  
     有抛物面曲率的圆柱镜 ?@'&<o0p#  
     应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 *BsK6iVb  
     曲率半径等于焦距的两倍 Zonjk%tC  
    x"b'Pmw  
    |[.-pA^  
    规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） }X)vktE+|  
    cXb*d|-|N  
     对称抛物面镜区域用于光束的准直 1@|+l!rYF  
     从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） A8m06  
     离轴角决定了截切区域 #LasTN9  
    ,Pa*; o\  
      
    规格：参数概述（12° x 46°光束） c]^P$F8U  
    tAv3+  
       IXy6Yn9l  
    4m0^ N  
    光束整形装置的光路图 ,CqWm9  
    /s4~Ij`be  
    `dvg5qQ  
     由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 GL n M1  
     因为离轴抛物面镜的位置是相对于它的焦点，那么到反射镜2的距离z必须是负的。 P{o)Ir8Tt  
    K0gQr.J53  
    反射光束整形系统的3D视图 ? "I %K%  
    ?%6oM  
     %,T*[d&i  
    ` s7pM  
    光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 ,jY:@<n  
     绿线表示生成的光轴，由VirtualLab的基础定位方法生成（仅仅设置了距离z和倾角）。 'I$FOH   
    KsKE#])&l  
    详述案例 ^\}qq>_  
    H,(vTthd  
    模拟和结果 aKj|gwo!  
    ]RT  
    结果：3D系统光线扫描分析 jrQ0-D%M d  
     首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 G Aj%o]}u  
     使用光线追迹系统分析仪进行分析。 P73GH  
    "6jt$-?  
    file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd 3x;UAi+&  
    Tx.N#,T|  
    使用参数耦合来设置系统 ;I4vPh5Q  
    So 1TH%  
    Q a (Sb  
    自由参数： roQI;gq^  
     反射镜1后y方向的光束半径 oP,*H6)i  
     反射镜2后的光束半径 ,`HweIq(  
     视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） 4A2}3$c9  
     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。 #tV1?q  
     对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 T~E;@weR  
     8B G Z  
    SoU(fI[6  
    NW[K/`-CTH  
    NVMn7H}>  
    Qf~>5(,h  
     bWo  
    自由参数： H^-Y]{7  
     反射镜1后y方向的光束半径 {xZY4b2  
     反射镜2后的光束半径 &Sd5]r@+  
     视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） U6&`s%mIa  
     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。 q=X<QhK  
    $}&a*c>  
    uz!8=,DFw  
     如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 lAN&d;NU6Z  
    g7zl5^o3j  
     nYx /q  
    结果：使用GFT+进行光束整形 @7nZjrH  
    :`N&BV  
    0Q{lyu  
    j#//U2VdN  
    xrg"/?84  
     现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 D)-LZbPa  
    C'I&<  
    :TTq   
     由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 8!2)=8|f  
    fJ*^4  
     不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 ":/c|!  
    `Q*`\-8J  
     产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： E>_Rsw *  
    77M!2S_E  
    RW&o3_Ua  
    6u"wgX]H  
    file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd ^Gd1 T  
    LaJvPOQ  
    结果：评估光束参数 $ +WXM$N  
    @}q, ';H7  
    PlB3"{}0Q  
     从生成的整形光束场分布，可以评估光束参数。 可以直接通过使用探测器界面实现。 ZjxF@`H  
     在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M²值感兴趣。  LgF?1?  
    Nw. )O  
    :<aGZ\R5  
     整形光束在x和y方向上显示了一个几乎相同的半径。 发散角大约是4urad。 i*|HN"!  
     M²值明显高于1。（与理想高斯光束相比，高M²值是由光束偏离引起的） 3 P0z$jh"H  
    I">">  
    file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd WXxnOLJr  
    ,WE2.MWR  
    光束质量优化 yP]>eLTSd  
    z- q.8~Z  
    iM8Cw/DS  
     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。 {qw'gJmX  
     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）。
    o`CM15d*7o  
    RJ?)O#}  
    结果：光束质量优化 \IQG%L{  
    h!wq&Vi4  
    cpk\;1&t  
     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。 ]2-Qj)mZ]  
    sNx_9pJs4  
    % i?  
    |}d^lQ9  
     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。） ,9y6:W%5  
    ZW;Ec+n_K  
    QP(d77 n  
    file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd vEx'~_+a9  
    fExFpR,`  
    反射镜方向的蒙特卡洛公差 Ihf>FMl:  
    J0Yb_(w  
     对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 _!2lnJ4+5  
    %scw]oF  
    {U-z(0  
     这意味着参数变化是的正态 ;C-ds  
    Ho(M O!(  
    6OE xAn8  
    |~A*?6:@  
    ;X+0,K3c  
     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。 ;^:8F  
    这意味着，波前对对齐误差很敏感。 GpPM?  
    ds*gL ~k^  
    V(cU/Aia^  
    uyEk1)HC  
    file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run Q7u|^Gu,5  
    nO yG7:  
    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） @~gPZm  
    ,%Z&*/*Oh  
    ;ZB=@@l(  
    DvhF CA}z  
    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。 f IV"U  
    UZ/LR  
    总结 G!`%.tH  
    HCr}|DxyK  
    实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 n$ByTmKxv  
    1.模拟 6\l F  
    通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 pej-W/R&  
    2.研究 #_\**%,<  
    为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 6MOwn*%5k  
    3.优化 h<3bv&oI .  
    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。 trwo(p  
    4.分析 \ MuKS4  
    通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 !_Y%+Rkp0  
    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。
     
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