[技术]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） ]x:>~0/L  
-5>K pgXo\  
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 hZY+dHa]  
?'P8H^K6u  
)AXTi4MNp  
Ooc,R(  
简述案例 tNjb{(eO\h  
0@C`QW%m  
系统详情 J;+tQ8,AP  
 光源 z[0L?~$  
- 强象散VIS激光二极管 "^;'.~@e8  
 元件 
}/x `w  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） D*Siy;  
- 具有高斯振幅调制的光阑 v[e$
RH  
 探测器 m0pa
GG  
- 光线可视化（3D显示） +z+25qWi  
- 波前差探测 D`3}j   
- 场分布和相位计算 8'Xpx+v  
- 光束参数（M2值，发散角） 93kSBF#  
 模拟/设计 D}HW7Hnu^  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 Dgj`_yd  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： {[hV['Awv  
 分析和优化整形光束质量 -x_b^)x~b7  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 #lM!s  
L'J$jB5
cP  
系统说明 MM|&B`v@;  
%.pX!jL  
9j49#wG0"B  
模拟和设计结果 wHWd~K_q  
2fO ~%!.G  
数值探测器结果 E$ q/4
  
'-D-H}%;}M  
|n=m8X  
Z=z'j8z3  
ZajQ B  
总结 IJD'0/R'c  
REW *6:  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 !R//"{k0?  
1.模拟 ZUQ1\Iw  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 4sSQ
 nK  
2.评估 M< *5Y43  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 (5_l7hWY  
3.优化 R7KHfXy'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。 1MRt_*N4  
4.分析 Iu2RK  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 I=x  
3_J
9SwtN  
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。 ] \4-e2N`\  
Wgq*|teW  
详述案例 IA
&((\YC  
HGC>jeWd_  
系统参数 $ZK4Ps -$  
4^w>An6  
案例的内容和目标 .7g^w+W  
@=K> uyB  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 *;m5^i<,;S  
e3F)FTG&  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 JR$Dp&]I  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 *Y9"-C+  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 I>=7|G  
ORv[Gkq_N)  
模拟任务：反射光束整形设置 7_E+y$i=  
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。 4eU};Pv  
GJy><'J,!>  
9gn_\!Mp  
lk}R#n$  
QP7EPaW  
UI<'T3b  
规格：像散激光光束 hNyYk(t^  
(+@3Dr5o0}  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 y:iE'SRRK6  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 b-M[la}1"  
kR-N9|>i  
n1y#gC  
za<Ja=f9X  
V*5:V
t7N  
w{F8]N>0<  
规格：柱形抛物面反射镜 |; $fy-  
                         iq5h[  
 有抛物面曲率的圆柱镜 fyYv}z  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 feIAgd},  
 曲率半径等于焦距的两倍 4D$$KSa  
F!|Z_6\tv:  
iWCN2om  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） ?5$\8gZ  
| (v/>t  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 gO*cX&  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） 89`AF1  
 离轴角决定了截切区域 ^5 F-7R8Q  
8BE OE<  
规格：参数概述（12° x 46°光束） x@v,qF$K  
_AI2\e  
   qq[2h~6
P]  
E0ud<'3<  
光束整形装置的光路图 .oaW#f}0P  
-R~;E[ {%  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 a}
M7"
v9  
 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。 &5(|a"5+G  
s:*gjoL  
反射光束整形系统的3D视图 z;#}uC  
Hi,_qlc+  
: 60PO  
[]3xb`<&  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 ]8+%57:E  
 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）。 baR{  
qAR~js`5  
详述案例 "Z&qOQg%3  
x:xKlPGd  
模拟和结果 q{yz]H,  
kzJNdYtdH  
结果：3D系统光线扫描分析 M`BD]{tN}  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 0m7J'gm{  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 eJ'2CM6  
XXuU@G6Z7$  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd DG7FG--  
*: e^yi  
使用参数耦合来设置系统 }=s@y"["  
v :6`(5  
JP!$uK{u  
自由参数： #q==GT7  
 反射镜1后y方向的光束半径 wA.YEI|CSj  
 反射镜2后的光束半径 T-fW[][&$  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量）
(}4tj4d  
 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。 ;lW0p8  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 ``w,CP ?  
{* >$aI  
K+ufcct  
[g=yuVXNZZ  
Va(R*38k  
F
3H)B:  
VG2TiR1  
自由参数： YXrTm[P  
 反射镜1后y方向的光束半径 5{,/m
"-  
 反射镜2后的光束半径 /Wg$.<!5}  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） l= ~]MSwY  
 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。 "E/F{6NH  
xzW]D0o0  
a3R#Bg(  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 f]T#q@|lE  
}`f%"Z  
g3LAi#m  
结果：使用GFT+进行光束整形 #jA|
04w  
aWOApXJ  
HQ/PHUg2  
`+1*)bYxU  
iknBc-TLD  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 Kk9 JZ[nT'  
Uk|Xs~@#E  
j,E
E`g&  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 BI4p3-  
e#FaK^V  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 =]-!  
? Ew>'(Q  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： <^n9?[m*  
;P5\EJo  
;#`Z(A}  
*|_u~v:)|5  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd Pa0tf:  
1i bQ'bZ  
结果：评估光束参数 ;`X-.45  
aJI>qk h?]  
&Vnet7LfU  
 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。 {YK6IgEsJe  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M²值感兴趣。 2}~1poyi>  
UupQ*,dJ  
u"X8(\pOn  
 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。 [A*vl9=  
 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） | 2p\M?@  
MZv&$KG4m@  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd t!D=oBCro  
mQVduG  
光束质量优化 +;FF0_   
pfZn<n5p  
6NJ La|&n  
 通常，使用合适的高斯调制光阑以用于优化M²值。 因此，我们使用测量的半径作为腰束半径（消除发散角）来生成一个高斯光束。 UO<uG#FB  
 之后，将接收场转换成一个透射函数。 将该传输函数用作光阑（在一个透射函数元件中）。 ik7#Og~3  
MI',E?#yB  
结果：光束质量优化 yq6!8OkF  
s![=F}ck  
={={W  
 由于通过高斯孔径传播，光束显示出理想高斯形状。 因此，M²值在两个方向上几乎都是1。 XRP/E_4  
Ls*.=ARq  
G\jr^d\  
hl6al:Y  
 然而，光束半径是略有减少。（光束半径显示在最后一张幻灯片是由于其偏离了理想高斯。） |06J4H~k  
7-W(gD!`  
e!eWwC9u  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd Lm-}W "7  
X=${`n%LG  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 LP=!u~?  
sDJ5'ul  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 Q`r1pO  
(873:"(  
iLv"ZqGrw  
 这意味着参数变化是的正态 ,2&'8:B  
^C<dr}8  
^]E| >~\  
>s[}f6*2@  
[h%_`8z  
 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。 r8^1JJ~\  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 GN=F-*2  
{oBVb{<  
'Nfg%)-N  
F^A1'J  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run ;h/Y9uYn  
6\~m{@  
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） >6jyd{  
',juZ[]_{  
pxDZ}4mOh  
r'xa'6&  
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。 [}P|OCW  
kE6\G}zj  
总结 BtU,1`El5  
u"C`S<c  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 = 2My-%i  
1.模拟 R8":1 #&  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 Z!LzyCVl  
2.研究 Pw$'TE}  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 LjxTRtB_  
3.优化 AbcLH
V.  
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。 LNg[fF^:  
4.分析 <;v{`@
\j{  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 ;&JMBn]J  
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。