[技术]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） R=&-nC5e  
c5b}q@nH  
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  s2wDJ|  
c$^v~lQS  
W5= j&
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)S 4RR2Q>  
简述案例 5J|S
6x\  
Us!ZQ#pP  
系统详情 ]Y!Fz<-;P  
 光源 .`5|NUhN  
- 强象散VIS激光二极管 D7JrGaF{  
 元件 _q4O2Fx0  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） hf0(!C*  
- 具有高斯振幅调制的光阑 sgGA0af  
 探测器 v}a{nU'  
- 光线可视化（3D显示） R@s7s%y=  
- 波前差探测 OKK Ko`RN  
- 场分布和相位计算 w,vnpdT  
- 光束参数（M2值，发散角） *PV"&cx  
 模拟/设计 {i?G:K  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 c%^B '  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： J -Lynvqm  
 分析和优化整形光束质量 -m=A1~|7  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 W Zm8!
Y  
US(RWXyg  
系统说明 /|i*'6*  
oH?:(S(   
8Q$WwiS  
模拟和设计结果 6kLy!QS  
oy5K* }  
数值探测器结果 v @0G^z|  
U5H%wA['m  
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@KU;'th  
>yXhP6  
总结 ,>7dIJqzw  
:q*w_*w  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 Q\ 6-SAS  
1.模拟 f_[dFKoX  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。  Fpn*]x  
2.评估 8b~  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 %_4#WI  
3.优化 9X=<uS  
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。 ~mXzQbe p  
4.分析 GdNhEv  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 fxoEK}TM  
T1.U (::  
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。
3~Fag1Hp  
5$'[R;r  
详述案例 b~:)d>s8wY  
 c1s&  
系统参数 YW&K,)L@  
/7Pqy2sgE  
案例的内容和目标 YX-j|m|  
g=Xy{Vm  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 9t)Hi qj  
eS@j? Y0y  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 LOcZadr  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 JG'%HJ"D  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 7`t"fS  
yTg|L9  
模拟任务：反射光束整形设置 gMF6f%  
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。 abUO3 Y{  
{\0V
$#q   
4jTO:aPh_  
W-#DEU 7_  
6A]I" E]5  
[O&}Qk  
规格：像散激光光束 Bt}90#  
XK3O,XM  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 Q\kWQOB_  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 gs3(B/";c  
ZwLr>?0$ p  
C 4C/  
\L~^c1s3r  
6_QAE6A  
WVpx  
规格：柱形抛物面反射镜 /kK*%TP  
                         ~^a>C
 
 有抛物面曲率的圆柱镜 !"qT2<A  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 dX)aD $m  
 曲率半径等于焦距的两倍 aHuMm&  
qm
><}N7f  
RVwS<g)~1  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） oJQS&3;/r  
nfHjIYid  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 DoQ^caa@  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） bH/4f93Nb  
 离轴角决定了截切区域 I]W7FZ=o  
r1-MO`6  
规格：参数概述（12° x 46°光束）
mih}?oi  
f|w;u!U(  
   <#?dPDMG.*  
bHRn}K+<}c  
光束整形装置的光路图 I@Hx LEGj  
K 'l-6JY-  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 "zY~*3d  
 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。 V;MmPNP|  
|\uj(|  
反射光束整形系统的3D视图 $eI cCLF  
5U7,,oyh  
zX*5yNd  
&}e>JgBe0  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 z*jaA;#  
 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）。 OeASB}  
fiWN^sTM  
详述案例 U&])ow):  
(c)/&~aE  
模拟和结果 v"yu7tZ3N  
K1J |\!
o  
结果：3D系统光线扫描分析 p P@q `  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 bLG7{qp  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 k-n`R)p:  
>v@3]a i  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd F*J1w|)F0  
< r~hU*u  
使用参数耦合来设置系统 4w ,&#L  
q>BJ:_I i  
Nkj$6(N=zJ  
自由参数： KO8{eT9d  
 反射镜1后y方向的光束半径 MF'Z?M  
 反射镜2后的光束半径 7O*Sg2B  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） EoPvF`T  
 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。 !J;Bm,X
n6  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 RRS)7fFm  
hu0z 36  
~L<"]V+B  
JW0\y+o~  
cSYCMQ1ro  
Q?1.GuF  
kJuG haO  
自由参数： KH?6O%d  
 反射镜1后y方向的光束半径 f4.jWBF  
 反射镜2后的光束半径 $Xt""mlQ  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） 4_VgJ9@  
 基于光束发散角和直径（x和y方向）焦点，可以计算并设置反射镜的直径和距离z。 |%5Aku0`s  
&Wa3/mWK  
9F3,  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 NbU4|Oi  
z{ eZsh b  
p:nl4O/  
结果：使用GFT+进行光束整形 Rq+7&%dy  
DjK7_'7(L  
Sw E7U~  
,^e2ma|z  
Brs6RkRf  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 rWJ5C\R  
=\2gnk~  
F5:xrcyC  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 0/DO"pnL@  
w?u3e+  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 s'N<  
REU&8J@k&?  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： ;\A_-a_(#  
OHAU@*[lM  
d:>^]5cE&  
0U%tjYk(  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd zMpvS rc  
FXT^r3  
结果：评估光束参数 A/a=)su  
hx@@[sKF7  
*ezMS   
 从生成的整形光束场分布，可以评估光束参数。 可以直接通过使用探测器界面实现。 ^"I@ 8k  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M²值感兴趣。 %pxJ27Q  
^C~_}/cZ  
TDk[,4  
 整形光束在x和y方向上显示了一个几乎相同的半径。 发散角大约是4urad。 `,~'T [  
 M²值明显高于1。（与理想高斯光束相比，高M²值是由光束偏离引起的） ;&|I/MVm  
cz/E  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd ML|?H1m>  
B2$cY;LH  
光束质量优化 }XUI1H]jk  
aKW-(5<JW  
a8)2I~j  
 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。 'C7R* P  
 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）。 MkGQ  
w3 vZ}1|  
结果：光束质量优化 cX1?4e8  
Q'=7#_  
PhuHfw4$y,  
 由于通过高斯孔径传播，光束显示出理想高斯形状。 因此，M²值在两个方向上几乎都是1。 dR
=sdqS#J  
71E~~$  
V[%IU'{:  
*iru>F8r:  
 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。） \6 JY#%  
?m5"|f\  
ddl]! ^IK  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd m#[c]v{  
R*
cef  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 E83$(6z  
O\cc=7  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 'tkQz  
JP"#9f  
F> Ika=z,  
 这意味着参数变化是的正态 /#{~aCOi)  
$$p +~X  
P
Ol-S<QV  
J3oU
tu  
{G3Ok++hc  
 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。 pheu48/f  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 J80&npsO  
i4>M  
C[TjcHoA  
njJTEUd">  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run lBG=jOS  
v h)CB8  
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） R86i2',  
6*$A/D  
#%$@[4"V  
< <0[PJ  
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。 & \5Ur^t  
3zfpFgD!  
总结 !W&|kvT^  
/8:e| ]  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 e)-$#qW  
1.模拟 F&7Z(  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 kda*rl~c  
2.研究 'Q]Wk75  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 rcLF:gd]E  
3.优化 i,RbIZnJ  
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。 VFq\{@- %  
4.分析 cRag0.[  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 NODg_J~T  
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。