[技术]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） &"X6s%ZH|  
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1Ar[ P  
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 "s-e)svB  
CbPCj.MH  
+!_?f'kv`  
Twqkd8[  
简述案例 %1f, 8BM  
?}f+PP,  
系统详情 p#-ov-znp  
 光源 C\.mv|aW~  
- 强象散VIS激光二极管 p1}Y|m!  
 元件 <eWGvIEP[  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） g;p]lVx=>  
- 具有高斯振幅调制的光阑 ?l\1n,!:8  
 探测器 #bRr|`  
- 光线可视化（3D显示） X`xI~&t_  
- 波前差探测 2 uuI_9 "^  
- 场分布和相位计算 oL?[9aww  
- 光束参数（M2值，发散角） [h"#Gwb=;  
 模拟/设计 kk`BwRh)d;  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 1-z*'Ghys  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： *7`N^e  
 分析和优化整形光束质量 q\ihye  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 X`,4pSQ;  
iC U[X&  
系统说明 JGmW>mH  
WW.\5kBl8  
[w iI  
模拟和设计结果 b0\'JZ  
ONx|c'0g  
数值探测器结果 G5^gwG+  
"|1MJuY_6  
@G/':N   
V<} ^n  
$Cu/!GA4.>  
总结 [\9
WqHs  

` eB-C//  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 3YY<2<
  
1.模拟 )p.+39]{2  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 |pIA9/~Z  
2.评估 ":,HY)z  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 YK# QH"}  
3.优化 `[+9n2j
 
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。 vFfvvRda4x  
4.分析 S}"?#=Q.%O  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 DdI7%?hK  
/)80@  
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。 ^q"wd?((h  
Y^dVNC3vd  
详述案例 rT`D@ I  
_ Ko
0  
系统参数 ht^U VV2  
I3Sl>e(Z  
案例的内容和目标 C9-9cdW H  
5H6GZ:hp  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 >Kl78w:  
9X&Xs/B  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 @4:cn  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 (l22p  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 oeXNb4; 4  
&%pB; dk  
模拟任务：反射光束整形设置 @S~'m;  
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。 T0_9:I`&  
 w'=#7$N  
:,F^{  
h3;Ij'  
PF.sM(  
XA])<dZ  
规格：像散激光光束 f}4c#x  
)!dELS\ix  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 S&-sl
  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 /x_C  

-<#n7b  
^a`zvrE v  
4~a0   
}wR)
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v\Y;)/!  
规格：柱形抛物面反射镜 Pi?*rr5WZ  
                         =nnS X-x  
 有抛物面曲率的圆柱镜 $2BRi@  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 7>{edNy!,  
 曲率半径等于焦距的两倍 OxF\Hm)(  
)ymF:]QC  
./<3jf :  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） ^J>28Q\S  
nVG\*#*]|  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 |~H'V4)zXu  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） mUy/lo'4  
 离轴角决定了截切区域 jTws0=F*  
v85&s  
规格：参数概述（12° x 46°光束） ]CC= \<  
hl~(&D1^  
   [ur/`  
BHj]w*Ov  
光束整形装置的光路图 ~Y)Au?d(a  
pq5)Ug  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 nE-=7S L  
 因为离轴抛物面镜的位置是相对于它的焦点，那么到反射镜2的距离z必须是负的。 @=wAk5[IN  
B_cn[?M  
反射光束整形系统的3D视图 ^e>v{AE%  
=< CH(4!  
lRt8{GFy  
EZP2Bb5g  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 ZuS+p0H"  
 绿线表示生成的光轴，由VirtualLab的基础定位方法生成（仅仅设置了距离z和倾角）。 >^J!Z~;L)  
`ss]\46>  
详述案例 6%S>~L66  
^DZiz[X+|  
模拟和结果 c<&+[{|  
=r0!-[XCa  
结果：3D系统光线扫描分析 |P?8<8p  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 0^
(.(:  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 }Pb!u9_  
h]EXD  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd Zl,K#  
)%j)*Ymz;  
使用参数耦合来设置系统 i0AC.]4e"  
Jy|Mfl%d  
; wHuL\  
自由参数： WZ&#O#(eO`  
 反射镜1后y方向的光束半径 !;\-V}V  
 反射镜2后的光束半径 =
m/2)R{  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） !d(!1fC  
 由于功能原理，所有系统参数（距离，焦距，直径）可以由光束参数分析计算。 RTl7vzG  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 _)Qt,$  
+H<%)Lk J  
#kb(2Td  
T@Q<oNU  
G,"$Erx  
A`N;vq,  
]`4QJ;#  
自由参数： gdG
: &{|x  
 反射镜1后y方向的光束半径 r*p%e\ 3  
 反射镜2后的光束半径 2!6Kzq  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） "  c  
 基于光束发散角和直径（x和y方向）焦点，可以计算并设置反射镜的直径和距离z。 to?"{  
e1/|PgT(KM  
Ow^%n(Ezh  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 '\_)\`a|  
`GDYL7pM(  
rRt<kTk!U  
结果：使用GFT+进行光束整形 W@S9}+wl*  
SQ1&n;M}f  
eqf~5/Z  
sNZPv^c  
ih;TQ!c+b  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 "Q J-IRt&  
cXCczqabv  
Z\7bp&&  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 9(PFd%  
C9iG`?  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 ``z="oD  
kg@J.  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： p
-6.:y  
HZ}'W<N  
{r}}X@|5  
H5%I?ZXw4  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd Q$zlxn 7\  
Z)&HqqT3p  
结果：评估光束参数 R 1b`(  
[}Iq-sz;0  
|V7a26h  
 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。 ~VGK#'X:  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M²值感兴趣。 sI'HS+~pU  
1lQ10J  
a[!d)Y:zx  
 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。 N~kYT\$b#  
 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） +=8Po'E^!d  
u'b_zlW@  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd g!8lW   
)gLasR.1  
光束质量优化 v%- V|L  
&ivIv[LV  
=w8 YZs8w  
 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。 OE"Bb  
 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）。 U,S286  
u^uG_^^,
/  
结果：光束质量优化 K!~](_W!  
# 0(\s@r.  
Uwk|M?94  
 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。 [<;2C  
!R@4tSu  
/km3L7L%R  
 f#nmr5F  
 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。） y_&XF>k91  
gD\}CxtG  
(Vv]:Y]  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd [)pT{QA  
yB1>83!q  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 ;$Jvqq|T  
Qa%SvA@R  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 xL"%2nf  
B" z5j  
\#r_H9&s6  
 这意味着参数变化是的正态 T1&H!  
VLN3x.BY  
CQ[-Cp7  
6hq)yUvo4  
1aG}-:$t'  
 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。 BxU1Q&  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 Z(eSnV_RL  
-`UlntEdZ:  
5XHkRcESZ  
IycxRig  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run U'G`Q0n  
]IV;>94[
 
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） HWBom8u0  
oUSG`g^P(M  
am
3E7u/  
$ZO<8|bW  
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。 @k,(i=**  
$H}Mn"G  
总结 t
V9C33  
ZB&Uhi  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 |hM)e*"  
1.模拟 KOx#LGz  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 BkfBFUDQ  
2.研究 f4_G[?9,  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 gj^]}6-P  
3.优化 E;H(jVZ  
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。 |lwN!KVQ,  
4.分析 >}*jsqaVU  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 OvG0UXRU  
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。