[技术]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） $ e<108)]  
 MYD`P2F  
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 Zt;dPY
q>  
r}-si^fo;  
X#|B*t34  
*Va;ra(V2  
简述案例 _\d[`7#  
k"kGQk4  
系统详情 x?aNK$A~X  
 光源 JBYmy_Su  
- 强象散VIS激光二极管 /f5*KRM  
 元件 bp>-{Nv  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） . paA0j  
- 具有高斯振幅调制的光阑 rF3QmR?l  
 探测器  rkF>c  
- 光线可视化（3D显示） Cj,Yy  
- 波前差探测 &zxqVI$4  
- 场分布和相位计算 ko2T9NI:S  
- 光束参数（M2值，发散角） d3m!34
ml  
 模拟/设计 PQkFzyk  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 |2$wJ$I  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： Cggu#//Z}Q  
 分析和优化整形光束质量 {CO]wqEj  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 <Va7XX%>  
O;34~k   
系统说明 /tG0"
1{  
JJHfg)  
_+OnH!G0  
模拟和设计结果 M/O Y "eL  
 4 Wb^$i!  
数值探测器结果 TbUouoc  
u{6b>c|,X  
_5t~g_(1OK  
uPmK:9]3R  
yobcAV`  
总结 bPlqS+ai_  
RjcU0$Hi  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 )U?5O$M;lE  
1.模拟 dHzQAqb8J  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 sU|\? pJ  
2.评估 =ObI  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 a_GnN\kX^Z  
3.优化 i40'U?eG~6  
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。 U '$W$()p  
4.分析 @(m+B\  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 `X:o]t@  
K&\ q6bU  
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。 .Wr
%l$~  
(uxe<'Co|  
详述案例 )'+ tb\g  
Fv<^\q  
系统参数 MXsCm(  
c)b/"  
案例的内容和目标 _x2i=SFo*$  
5Al1u|;HB  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 X0}+X'3  
*\n-yx]  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 0E<xzYo  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 WLy%|{/  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 Fad.!%[  
~fht [S?@M  
模拟任务：反射光束整形设置 Ik\n/EE  
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。 xsO "H8  
&c|3v!  
xnR;#Yc  
>, 9R :X(  
lB(E:{6OZ  
Qvx[F:#Tk  
规格：像散激光光束 UqA<rW  
f i_'Ny>#  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 t++ a  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 C3]"y7  
;h-W&i7  
S#:yl>2  
t|5T,YFG  
wAvnj  
K!+IRA@  
规格：柱形抛物面反射镜 V?zCON  
                         it#,5#Y:  
 有抛物面曲率的圆柱镜 4%GwCEnS  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 jY+uOH  
 曲率半径等于焦距的两倍 PsMp&~^  
%*A|hK+G:W  
}t FRl  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型）
y"L7.B  
o?O> pK  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 WSKubn?7B  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） 6 6%_p]U  
 离轴角决定了截切区域 [gybdI5wur  
Wp |qv  
规格：参数概述（12° x 46°光束） LK}*k/eG  
L|*0 A=6  
   nkxv,_)ZT  
g.wDg  
光束整形装置的光路图 ~ubcD6f  
yP^C)  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 \+T U{vr  
 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。 EW~M
,+?  
+I>V9%%vW_  
反射光束整形系统的3D视图 !j8 DCVb  
^Mmsja5K  
QUO'{;,  
iU/v;T(  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 !XqU'xxC  
 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）。 Zn{Y+ce7d  
.ED8b5t|  
详述案例 i!i=6m.q7  
U(rY,4'  
模拟和结果 |6O7_U#q  
z4iTf8  
结果：3D系统光线扫描分析 '5r\o8RjN  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 M?ObK#l!_  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 ]I[\Io1  
Ef]<0Tm]:  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd v1VH&~e  
'o]kOp@q  
使用参数耦合来设置系统 Iy#=Nq=  
d2U+%%Tdw  
p&$O}AX|  
自由参数： fWz=bJ"V  
 反射镜1后y方向的光束半径 0Lx,qZ'  
 反射镜2后的光束半径 *w OU=1+  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） kQw%Wpuq[/  
 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。 M3&GO5<  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 )_a;xB`S(  
B(1
WI_}~  
Xx+eGV";`  
Qv}TUX4  
)&s9QBo{b  
5kik+  
`Fx+HIng,  
自由参数： QX+Xi<YE-  
 反射镜1后y方向的光束半径 cw/E?0MWb  
 反射镜2后的光束半径 wA2^I70-  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） t\XA JU  
 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。 v];P| Fi  
GCj[ySCD  
\#!B*:u  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 mfx-Ja_a  
cb5T-'hY  
.x'?&7#(  
结果：使用GFT+进行光束整形 p|>m 2(|  
nt_FqUJ  
):]5WHYg  
SajasjE!^1  
0WSOA[R%[b  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 ] B?NDxU  
8gxo{<,9  
6&;h+;h  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 V<ii
 
_%wB*u,X  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 `Jj q5:\&  
~X(2F#{<{  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： ()W`4p  
3Dx@rW\  
INEE 37%  
5VSc5*[  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd (tCBbPW6T?  
wlFK#iK  
结果：评估光束参数 FA{'Ki`  
:7?n)=Tx  
,B#*<_?E5  
 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。 'iU+mRLp  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M²值感兴趣。 CT/>x3o  
9\VV++}s>o  
Oe21noL  
 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。 i1 c[Gk.o  
 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） >c$3@
$  
@D$ogU,#  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd OHv4Yy]$B  

30YH}b#B  
光束质量优化
:Bi 4z(  
1}~ZsrF  
xYY^tZIV  
 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。 K7t_Q8  
 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）。 E.,  
40O@a:q*  
结果：光束质量优化 7- |N&u  
6OR)97  
B r6tgoA  
 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。 |-TxX:O-  
IEe;ygL#  
1'H!S%fS  
R5xV_;wD  
 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。） '$[a-)4  
IP^1ca#<  
N|%X/UjZ2.  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd )<$<9!L4x  
Mp(;PbVD  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 :o:Z   
r::0\{{r"p  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 iI3,q-LA  
,ZVhL* "  
OVE?;x>n/1  
 这意味着参数变化是的正态 2t?Vl%<  
\0Ba?  
bAld'z#  
j Y(|z*|  
)2 b-3lz  
 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。 E)|Bl>  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 e-nwR  
y,K> Wb9e  
%~M#3Ywa  
'wWuR@e#&  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run ^a$L
9p(  
:m36{#  
第一个随机公差的典型强度分布：（相应的均方根波前差：1.08λ，40.4λ，140λ） `NNP}O2  
%r&36d'  
)$K\:w>  
tBETNt7  
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。 nW`] =
 
"bz.nE*  
总结 1~E;@eK'  
>Bu_NoM  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 Lt i2KY}/%  
1.模拟 $~\Tl:!#?  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 ZG?e%  
2.研究 9m<%+S5&  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 Y~w1_>b  
3.优化 +O)ZB$w4  
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。 PS0/Ok  
4.分析 .HRd6O;  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 e7tio!  
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。