[技术]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） `>C<}xO  
~uWOdm-"[  
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 K>Fqf +_  
n/d`qS  
g=L]S-e  
V9yl4q-bL  
简述案例 -Apc$0ZsN  
[lzN !!B!  
系统详情 d*8 $>GA  
 光源 df}r% i  
- 强象散VIS激光二极管 _gj&$zP  
 元件 G3P&{.v  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） *|.0Myjo  
- 具有高斯振幅调制的光阑 >SF Uy\3  
 探测器 uA tV".  
- 光线可视化（3D显示） p9!"O  
- 波前差探测 5|0,X<
&  
- 场分布和相位计算 yOU(2"8p  
- 光束参数（M2值，发散角） f5*k7fg  
 模拟/设计 ;ea]$9  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 Qj{8?lew  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： } p FQRSOZ  
 分析和优化整形光束质量 &F:IIo7  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 p@!nYPr.  
`_I@i]i^  
系统说明 Y_&g="`Q  
MB^~%uZ2K  
!)"%),>}o  
模拟和设计结果 1/1Xk,E  
8 ;d$54 b  
数值探测器结果 NL=|z=q  
{
N2g8W:  
-C-?`R  
xJ^>pg8  
`pf4X/Py  
总结 kE>0M9EdH  
fqX"Lus `=  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 3`d
}~v{  
1.模拟 'FlJpA}  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 s4Sd>D7  
2.评估 8KB>6[H!wE  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 Hgeg@RP Q  
3.优化 w{[=l6L m  
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。 ~vmdXR`'T  
4.分析 w\54j)rb  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 ;{i'#rn{  
_\Q^x)w6  
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。 @2pu^k^
  
>EL)X #e  
详述案例 8`4<R6]LKB  
9CA^B2u  
系统参数 IEKU-k7}Z  
>_rha~   
案例的内容和目标 i|w8.}0  
/MY9 >  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 IdYzgDH  
'1,,)U#6E  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 .)}@J5P)  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 swA+f  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 (8v7|Pe8  
8^Hn"v  
模拟任务：反射光束整形设置 ju}fL<<e  
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。 #-pc}Y|<  
4S~o-`&W  
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6^>()^  
CkJCi  
?9l [y  
规格：像散激光光束 u
@ jX+\  
lb'GXd%  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 kb[P\cRa  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 R@Gq)P9?  
91Uj}n%  
M?=;JJ:  
[M.f-x:  
fc/ &X  
'n<iU st  
规格：柱形抛物面反射镜 )o\jJrVDf  
                         8G5Da|\  
 有抛物面曲率的圆柱镜 r]OK$Ql  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 Yvn\xph3  
 曲率半径等于焦距的两倍 i)#s.6.D>  
SIbDj[s  
;<UWA.  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） aM7uBx\8 5  
S1D@vnZ3O\  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 P&Pj>!T5  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） rr#K"SP  
 离轴角决定了截切区域 hFiIW77s2  
n}s~+USZX  
规格：参数概述（12° x 46°光束） A'G@uD@3  
-s6![eV  
   7' S@3
 
F)z;Z6{t4  
光束整形装置的光路图 ^(*n]  
_EF&A-kX|u  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 vD 5vbl  
 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。 Q}S_%I}u:  
k</%YKk  
反射光束整形系统的3D视图 v)2M1  
Y?ez9o:/#  
|+`c3*PV  
4%1D}9hO6  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 y^]tahbo  
 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）。 1heS*Fwn'  
"R8KQj  
详述案例 &Wf3~hmo  
Q
dLYCR4f  
模拟和结果 &Q}*+Y]G  
)[
1)$-Ru  
结果：3D系统光线扫描分析 kD bhu^~B  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 rp5(pV7*  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 F @Te@n  
"*,XL uv>  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd :SxW.?[%u  
4mn&4e  
使用参数耦合来设置系统 JWA@+u*k  
BL 3gKx.'  
W+*5"h  
自由参数： M)sZ
SH.<O  
 反射镜1后y方向的光束半径 D1nq2GwS  
 反射镜2后的光束半径 U35AX9/  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） 0@2mXO9f"  
 由于功能原理，所有系统参数（距离，焦距，直径）可以由光束参数分析计算。 e[Abp~@M1  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 5wUUx#  
6rS$yjTX!  
n]dL?BJ  
,RN:^5 p  
QJ|ap4r  
4e;QiTj  
R0oKbs{  
自由参数： ;W>Y:NCrp  
 反射镜1后y方向的光束半径 G<M:Ak+~  
 反射镜2后的光束半径 .Vq)zi1<  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） b,KcB
Q.  
 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。 qYhs|tY)  
N25V]  
u !!X6<  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 /*|oL#hK  
85;b9k&\M  
]jpu,jz:  
结果：使用GFT+进行光束整形 HNL42\Kz!  
MQKfJru7  
t#!yrQ..'G  
42L @w  
GElvz'S~  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 ![f ![l  
sl*5Y#,|1  
pu,?<@0YK  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 wW>)(&!F  
2S' {!A  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 h_d<!  
<'G~8tA%v  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： `yF`x8  
5[n(7;+gw  
U.{l;EL:T  
{)AMwq  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd OxGE
%R,  
=vT<EW}[  
结果：评估光束参数 mXUYQ82  
CIVnCy z  
 )J?{+3  
 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。 -+t]15  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M²值感兴趣。 vy,&N^P  
&F}"Z(B<wK  
%6--}bY^  
 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。 H:H6b  
 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） yz2Ci0Dwy  
G^"Vo
x4  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd Ej7 /X ~  
nL:SG{7  
光束质量优化 hXGwP4  
RI2f`p8k  
*._|
-L  
 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。 (Z5##dS3  
 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）。 _Jv 9F8v  
s_.]4bl.8  
结果：光束质量优化 "7>>I D  

h d~$WV0#  
m5G\}8|  
 由于通过高斯孔径传播，光束显示出理想高斯形状。 因此，M²值在两个方向上几乎都是1。 wM[~2C=vx  
a}SdW  
NA,CZ  
_tr<}PnZ  
 然而，光束半径是略有减少。（光束半径显示在最后一张幻灯片是由于其偏离了理想高斯。） A8A~!2V  
y0~Ia:y  
#"fJa:IYG7  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd {G*A.$-d  
(Toq^+`c  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 *)]"27^  
)6~1 ^tD  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 K\XyZ  
j]0^y}5f+s  
'&;yT[  
 这意味着参数变化是的正态 >!6i3E^  
4x%(9_8{-  
2FD=lR?6  
4(l?uU$  
.yENM[-bQ  
 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。 x_
|
F|9  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 MzIq"3  
!QmzrX}h  
qC!&x,}3  
U}Hwto`R  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run k#bu#YZk  


(J"T]-[  
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） P\CDd=yWc  
U=sh[W  
^7]"kg DA  
YJxw 'U >P  
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;lirvO|  
g/=K.  
总结 c^8o~K>w84  
4;`Bj:.  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 {5*|C-WWtG  
1.模拟 ZV}X'qGaq  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 _B2V "p  
2.研究 \bCX=E-  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 z<gu00U7  
3.优化 TaJB4zB  
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。 6pE :A@  
4.分析 +&
KQ28r  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 Q-rL$%~='  
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。