[技术]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） Z*y`R XE  
)PG6gZYW  
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 A<5ZF27  
%\D)u8}  
,sA[)wP{  
<j&DK2u=i  
简述案例 LJk@Vy <?  
Q<h-FW8z  
系统详情 l>Z5 uSG  
 光源 GNXHM*~  
- 强象散VIS激光二极管 Gb8D[1=u=  
 元件 U]^HjfX\  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） 4{hps.$?~  
- 具有高斯振幅调制的光阑 YVYu:}e3)  
 探测器 6|aKL[%6  
- 光线可视化（3D显示） i`QKH  
- 波前差探测 v1BDP<qU2  
- 场分布和相位计算 ap&?r`Tu  
- 光束参数（M2值，发散角） lJu;O/  
 模拟/设计 3Mxp)uG/  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 f|h|q_<;  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： !n* +(lZ  
 分析和优化整形光束质量 @6{~05.p  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 (@%gS[]  
]
bj&bk#  
系统说明 B8B; y^b>i  
M,/mE~  
u=/{cOJI6  
模拟和设计结果 ,_Z5m;  
K8>zF/# +  
数值探测器结果 eZ|%<Wpu  
iVB86XZ`  
r<K(jG[:{f  
4 !y%O  
xnmmXtk  
总结 MYla OT  
Po ZuMF  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 <F}_ /q1  
1.模拟 AWP"b?^G|  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 oASY7k_3  
2.评估 ^C_#<m_k  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 1#.>a$>  
3.优化 Zb1<:[  
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。 o$w_Es]Ma  
4.分析 H*[M\gN$  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 R{ a"Y$  
8-BflejX  
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。 W_kHj}dj,p  
{ jhr<  
详述案例 BReJ!|{m}  
-amBB7g  
系统参数 GH+r
?2<  
LG<J;&41~S  
案例的内容和目标 ~kZ G{  
w*oeK  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 kO|L bQ@=q  
~xD={9BL  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 NMa} <  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 WN01h=1J_  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 73xAG1D$r  
0URji~?|x  
模拟任务：反射光束整形设置 |962G1.  
引入的反射光束整形装置是基于一个反射镜系统，此系统由两个抛物面圆柱反射镜镜与抛物面截面反射镜组成。焦点距离和镜子的位置取决于输入光束的发散角。 5<UVD:~z  
huJ&
]"C  
.u4 W /  
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m  
7cTV?nc  
 #`o2Z  
规格：像散激光光束 ||;hciO  
a{R%#e\n  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 ](&{:>RNJ  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 CitDm1DXt/  
s;3={e.  
ly:
q6i  
F;+|sMrq  
~S8*t~  
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2  
规格：柱形抛物面反射镜 UPG9)aF  
                         =~=*&I4Dp  
 有抛物面曲率的圆柱镜 C!fMW+C@  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 Ib+Y~ XYR  
 曲率半径等于焦距的两倍 Bs O+NP  
6f\Lf?vF  
}Q=!Y>Tc  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） %`&2+\`  
4iKgg[)7`=  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 Y?(r3E^x  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） vSi.t
xV2  
 离轴角决定了截切区域 Q$="_y2cTA  
QNpqdwu%h  
规格：参数概述（12° x 46°光束） (=* cK-3  
Jo@|"cE=  
   px}|Mu7z~  
~ xft  
光束整形装置的光路图 Z yE `/J'  
.6`9H 1  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 PfC!lI BU  
 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。 vTlwRG=5  
!V i@1E  
反射光束整形系统的3D视图 (Q.waI  
^yyC [Mz  
cm&I* 0\  
wPwXM!  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 kw"SwdP5  
 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）。 w*oQ["SL  
<N_+=_  
详述案例 8]M_z:F7F  
e^<#53!  
模拟和结果 E )5E$  
(`sH3&Kl  
结果：3D系统光线扫描分析 Aq0S-HKF  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 }>
VG~u8  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 c6X}2a'  
M;p em<  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd gG-BVl"59  
Z; A`oKd  
使用参数耦合来设置系统 YN!>}  
-Xxqm%([71  
Axe8n1*y  
自由参数： \H=&`?  
 反射镜1后y方向的光束半径 bpKZ3}U  
 反射镜2后的光束半径 nij!1z|M  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） `eIenA  
 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。 &:
,dJ  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 ?sMP~RHQ  
rz@=pR :  
fp[|M  
,]+z)   
Y0_),OaY  
++V=s\d7  
U2ZD]q  
自由参数： 3>R#zJf  
 反射镜1后y方向的光束半径 ],RdySN&  
 反射镜2后的光束半径 ~wJFa'2  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） Fl1;;F  
 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。 /XhIx\40l  
.8y3O]  
|b|&XB_<]Z  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 TJ1+g \  
KN7n@$8YM  
brdmz}  
结果：使用GFT+进行光束整形 "87ghj_}  
?ON-+u  
,=|ZB4HA  
-
eN\ !  
@O[}QB?/fi  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 h
o0@ l  
%5A+V0D0'  
j& <i&  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 S6AU[ASY.  
;ByOth|9P  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 VxXzAeM  
w\DVzeW(  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： DXa-rk8  
FxVZ[R  
3Ei5pX=g  
w*|7!iM  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd Wh%ucX&  
k5C@>J  
结果：评估光束参数 '*k'i;2/1  
^8@Iyh
  
MHsc+gQiz  
 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。 Hv\-_>}K  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M²值感兴趣。 d\ ~QBr?  
W~p/,HcM  
4y5UkU9|  
 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。 RhvfC5Hq  
 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） k:#P|z$UD  
NN1$'"@NL  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd WN_pd%m  
q7-L53.x  
光束质量优化 EoxQ */  
M>>qn_yq4  
H03jDM8Q  
 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。 cPU/tkc  
 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）。 CBD6bl|A  
^-[?#]  
结果：光束质量优化 A%{W{UP8N  
y
:h}z).  
C,pJ`:P  
 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。 -atGlu2  
&2=dNREJ}1  
,ML[Wr'2  
A6pj
Rxg  
 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。） GKFq+]W  
kr9gK~  
=T7A]U]  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd zKsz*xv6b  
4|`Bq}sjZf  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 K&U7H:  
 HCa  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 l$jxLZ  
FA}_(Hf.[  
?
x0pe4^If  
 这意味着参数变化是的正态 ZKOXI%~Mc  
"luR9l,RRE  
Cc, `}SP  
/g$G_}  
CCX8>09  
 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。 j$TwL;  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 v,\R,{0  
`)Z!V?&!  
if]Noe  
Qo1eXM
W  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run f7'q-  
bQZ*r{g  
第一个随机公差的典型强度分布：（相应的均方根波前差：1.08λ，40.4λ，140λ） l?q%?v8  
@5[kcU>  
5&e<#"  
[F[K^xYTlg  
由于波前差和因此校准的偏差更大，M²值明显增加。可以使用高斯孔径来减少。 *\
o/q[  
J-<^P5  
总结 G5,~Z&}YS  
XJ0oS32_wK  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 80$fG8  
1.模拟 )Y8",Ig  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 Na\WZSu'"  
2.研究 ne>g?"Pex{  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 033T>qY  
3.优化 NKmoG\*  
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。 %,iIpYx  
4.分析 5c;h&  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 (?*BB3b`  
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。