[技术]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） U5klVl  
*/1z=  
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 "Xm'(c(  
'g#))y  
[\!S-:  
"x{S3v4Rb5  
简述案例 Bpgl U=Qr  
~&pk</Dl  
系统详情 hi37p1t   
 光源
rg`"m  
- 强象散VIS激光二极管 *"#>Ov>  
 元件 ISl'g'o  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） a7+BAma<  
- 具有高斯振幅调制的光阑 AOTI&v  
 探测器 -Xj+7}4  
- 光线可视化（3D显示） kxKBI{L  
- 波前差探测 h\1_$ac  
- 场分布和相位计算 QKVZ![Y!s  
- 光束参数（M2值，发散角） ;{>z\6N  
 模拟/设计 ^xq%P2s0  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 k8h$#@^  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： }p#S;JZRu+  
 分析和优化整形光束质量 .G^.kg ,  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 s~GO-v7  
f[.]JC+,  
系统说明 U $+rlw}  
L<E`~\C'  
6rRPqO j  
模拟和设计结果 t+vn.X+&  
sl)_HA7G  
数值探测器结果 ~<|xS  
BqR8%F  
b2Ct^`|M5  
GE"#.J4z  
p<$z!|7m  
总结 N&=,)d~M
 
/$B<+;L!#  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 wZ*m  
1.模拟 4Jw0m#UN1  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 ;X\!*Loe  
2.评估 f~E'0f_  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 MJK L4 G  
3.优化 *iYs,4  
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。 VDscZt)y8  
4.分析 75{QBlf<  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 ^oA^z
1>3  
iLFF "Hs  
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。 [*,`a]z-Q  
rQ/S|gG  
详述案例 L8!xn&uyP=  
pTcm2-J  
系统参数 C,K
P!B{  
3C.bzw^  
案例的内容和目标 nE,"3X"  
kRG-~'f%`  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 p7|~x@q+  
_pW\F(+8  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 o-/Xa[yC  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 eRD s?n3F  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 z
X(p\NU  
2c}>}A4  
模拟任务：反射光束整形设置 rlW
  
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。 !30BZM^  
w${=]h*2  
/f_lWr:9l  
eja_+`cJ  
3TO$J  
MLaH("aen  
规格：像散激光光束 M,:GMO:?a  
O7:JG[tR*  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 M" %w9)@  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 WG<D+P
 
Q;SMwCB0M  
Q-(twh  
->:G+<  
H$WuT;cTE  
KI#),~nS  
规格：柱形抛物面反射镜 H7*/  
                         &R>x;&Gj  
 有抛物面曲率的圆柱镜 +ImPNwrY  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 |5`z;u7V  
 曲率半径等于焦距的两倍 H 2\KI(  
=((#kDrN  
{dhGSM7  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） &`G
QS|  
We_/:=  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 MHk\y2`/;  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） a";(C,:0  
 离轴角决定了截切区域 (+(YO\ng6  
Q]A;VNx  
规格：参数概述（12° x 46°光束） }n oI2.-#  
^
.M*pe  
   #8QQZdC8`  
o"J}@nF  
光束整形装置的光路图 f_7a) 'V4  
v|"Nx42  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 +m]$P,yMt  
 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。 +t})tDPXw  
:
6./yj(  
反射光束整形系统的3D视图 O3PE w4yA  
Ft#d& I  
2mWW0txil  
![P1Qvp  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 N{ @B@]  
 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）。 e>=P'  
t[XxLG*  
详述案例 rB~x]
5TH  
D}r,t_]Eb  
模拟和结果 $RfM}!7?  
S1.w^Ccy  
结果：3D系统光线扫描分析 kTL{?
-  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 jqhd<w  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 ]4
ya$%A  
d:|X|0#\uH  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd !Y8us"  
i"p)%q~ z  
使用参数耦合来设置系统 qe8dpI;  
l}
A8  
8A~5@  
自由参数： !'Q/9%g  
 反射镜1后y方向的光束半径 %(79;#2`  
 反射镜2后的光束半径 g@BQ!}_#5  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） 3M=ym.  
 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。 sk.<|-(o  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 rhGHR5 g  
7y1J69IK  
wO;\,zU  
T\55uQ  
|W];8  
VImcW;Xa  
t9685s  
自由参数： q$(@  
 反射镜1后y方向的光束半径 %6}S1fuA  
 反射镜2后的光束半径 -K9bC3H  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） nw){}g  
 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。 !/^i\)j>](  
2>Bx/QF@<  
`j{q$Y=AG  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 2| $  
B`3RyM"J@  
_h",,"p#o  
结果：使用GFT+进行光束整形 rnz9TmN:*1  
?4GI19j  
<2Lcy&w_M  
:biM}L  
n>T1KC%  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 c%9wI*l  

k\W%^Z  
;3wj(o0  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 !r]
elX  
_-$O6eZ  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 ]V\qX+K  
zA4m !l*eM  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： %T4htZa  
KLK '_)|CT  
/R7
qR#  
PYX]ld.E  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd a"uO0LOb  
O)NEt  
结果：评估光束参数 (,<&H;,8  
!4cO]wh5  
*F|j%]k~  
 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。 lX$6U|!  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M²值感兴趣。 +`4`OVE_#  
o7Ms]AblT  
|y=;#A  
 整形光束在x和y方向上显示了一个几乎相同的半径。 发散角大约是4urad。 9Ps[i)-  
 M²值明显高于1。（与理想高斯光束相比，高M²值是由光束偏离引起的） 02OL-bv}HS  
-7\Rl3c  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd R?@F%J;tx  
ov>Rvy  
光束质量优化 
EooQLZ  
rV.
04m,  
VU
6nu4  
 通常，使用合适的高斯调制光阑以用于优化M²值。 因此，我们使用测量的半径作为腰束半径（消除发散角）来生成一个高斯光束。 6) {jHnk)  
 之后，将接收场转换成一个透射函数。 将该传输函数用作光阑（在一个透射函数元件中）。 cz<8Kb/XV  
+NL^/y<;  
结果：光束质量优化 PF5;2  
}
? j>V  
8Yfg@"Tn  
 由于通过高斯孔径传播，光束显示出理想高斯形状。 因此，M²值在两个方向上几乎都是1。 z'N_9=  
?0k(wiF  
[C 1o9c!  
uJ;7]  
 然而，光束半径是略有减少。（光束半径显示在最后一张幻灯片是由于其偏离了理想高斯。） %%
J)@k^vH  
? ->:,I=<~  
-+fbK/  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd h#a;(F4_7  
*{/ ww9fT  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 M =Pn8<h~  
0IU>KGJ-0s  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 \z>Re$:  
v"'Co6fw  
#>~<rcE(  
 这意味着参数变化是的正态 ? tre)  
-WiOs;2~/  
#Hm*<s.  
<s/n8#i=H  
P&PPX#%  
 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。 O%RkU?ME  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 U^jxKBq^  
Uawf,57v<  
0uX"KL]Elf  
.KiJq:$H  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run =2&/Cn4  
IHqY/j  
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） 27mGX\T  
[^wEKRt&  
3I!xa*u  
1~BDtHW7`n  
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。 r(sQI# P  
A)9[.fhx  
总结 2kg<O%KA`c  
0Y rdu,c  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 'u@_4wWp  
1.模拟 ^`b&fbv  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 |Z%I3-z_DS  
2.研究 Hg8n`a;R  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 Q\(VQ1c  
3.优化 (!FUu  
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。 z@!zQ Vp  
4.分析 QmQsNcF~z  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 3w&fN3 1  
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。