[技术]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） O-YE6u  
A;PV,2|X
 
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 v4^VYi,.-  
=p:6u_@XWj  
y.OUn'^d4  
5#tvc4+)
  
简述案例 )VrHP9fu  
:PJjy6,1  
系统详情 &[xJfL  
 光源 xNU}uW>>T  
- 强象散VIS激光二极管 =s<QN*zJB0  
 元件 EO^0sF<  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） JM0)x}]+  
- 具有高斯振幅调制的光阑 1l{n`gR  
 探测器 [a2/`ywdV  
- 光线可视化（3D显示） +{&g|V  
- 波前差探测 Fej$`2mRH  
- 场分布和相位计算 oz--gA:g  
- 光束参数（M2值，发散角） a?dM8zAnc  
 模拟/设计 O`4X[r1LD  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 .x&>H  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： Iq9+  
 分析和优化整形光束质量 t+ @F"[j  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 \%(R~H  
5 m:nh<)#  
系统说明 r+n&Pp+9  
*)Y;`Yg$  
*|'k  
模拟和设计结果 yTk9+>  
t{
 'QMX  
数值探测器结果 '7$v@Tvnre  
q /#O :Q  
m{X;|-DK[  
ezL*YM8?@  
6eb5q/  
总结 dg-pwWqN  
Ofn:<d
  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 B$HQFdTli  
1.模拟 ~V<jeb  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 kG{(Qi  
2.评估 'Mg%G(3  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 7+0hIKrFC  
3.优化 PUI.Un2C_  
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。 $*tuv?  
4.分析 3B,nHU  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 dX<UruPA  
79&Mc,69  
对于复杂的光束整形装置，特别是离轴系统，可以使用VirtualLab来进行高效的模拟和分析。模拟过程中，根据情况应用不同的模拟引擎。 cq/)Yff@:  
G|o-C:~  
详述案例 ym:JtI69   
n_5g:`Y  
系统参数 ?[kO= hs  
;qvZ*  
案例的内容和目标 f+d{^-  
371E S4  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。
a-7nA  
Od"-w<'  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 3>;U||O  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 \4V'NTjB  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 9t=erhUr  
p_qH7W  
模拟任务：反射光束整形设置 "5{\0CfS  
引入的反射光束整形装置是基于一个反射镜系统，此系统由两个抛物面圆柱反射镜镜与抛物面截面反射镜组成。焦点距离和镜子的位置取决于输入光束的发散角。 D4@=+  
`W"-jz5#=  
-cG?lEh<  
Um%E/0j  
n6oVx5/  
p/@z4TCNX  
规格：像散激光光束 ]t<%v_K  
b\}`L"  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 E#T'=f[r~  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 _,vJ0{*  
T%Z`:mf  
I(<1-3~  
)Y)7p//  
j+s8V-7(  
[<cP~  
规格：柱形抛物面反射镜 7 0KZXgBy_  
                         >5 Ce/P'R  
 有抛物面曲率的圆柱镜 GlVq<RG*  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 /bg8oB4  
 曲率半径等于焦距的两倍 #E>f.:)  
GJ!usv u  
H.'_NCF&;L  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） Rb#?c+&
#  
NmK%k jCx  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 N$pO] p  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） 6Bs_" P[  
 离轴角决定了截切区域 F YcC2TM  
s9@IOE GAt  
规格：参数概述（12° x 46°光束） x%LWcT/  
P^+Og_$  
   7v1}8Uk  
mh|M O(  
光束整形装置的光路图 5JQq?e)n  
""TRLs!:M  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 60-LpGhvy  
 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。 %N>@( .  
>C@fSmnOM  
反射光束整形系统的3D视图 'M YqCfIK  
?zxKk(J  
IiSO{  
g`\Vy4w  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 A
Q@A$  
 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）。 N\mV+f3A@,  
SrU,-mA W  
详述案例 {_PV~8u  
cND2(<jx:  
模拟和结果 >KC*xa"  
h1J-AfV  
结果：3D系统光线扫描分析 eF!c< Kcr  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 UI |D?z<  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 h|_G2p^J+"  
e(j"u;=  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd  k:R9wo  
(Z sdj  
使用参数耦合来设置系统 Onby=Y o6  
s|YY i~  
^h=;]vxO  
自由参数： }Li24JK  
 反射镜1后y方向的光束半径 *COr^7Kf5  
 反射镜2后的光束半径 7vgz=- MZ#  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） w~Es,@  
 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。  XW`&1qx  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 [G4#DP\t>p  
[R6du*P  
v:<u0B-)$  

O3B\K <l  
7S),:Uy[\  
8V.x%T  
G,$RsP  
自由参数： '0z@Jevd?  
 反射镜1后y方向的光束半径 P#"vlNa  
 反射镜2后的光束半径
F6YMcdU  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） MhHygZT[}  
 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。 ]`]m41+w  
X2T)]`@  
ppfBfMX  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 hZ5h(CQ?"#  
fGY. +W_  
&nTB^MF  
结果：使用GFT+进行光束整形 (
H0nO7Bk  
v6TH-  
.,<-lMC+  
VI[ikNpX  
?,TON5Fl-  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 Yc+/="&z  
_D[vM
r[  
/ IAK'/  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 eB^:+h#A_  
=AGsW  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 |'b=xeH.^<  
f \[Z`D  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： s0qA8`Yu  
)$i7b  
i{ eDV  
mvlK~c8  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd >/eQjp?:  
qbFzA i  
结果：评估光束参数 C/tn0  
\{P(s:  
pkM_ @K  
 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。 sGc4^Z%l?  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M²值感兴趣。 j^ex5A.& &  
/0\m;&  
5<Xq7|Jt  
 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。 [D^KM|I%+  
 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） b_z;^y~  
>jq~5HN  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd $:t;WXc.<  
V2V^*9(wu@  
光束质量优化 Zii<jZ.)<  
|*e >hk  
Ga
dQ \>  
 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。 d {T3  
 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）。 WpWnwQY`#  
1#&*xF"  
结果：光束质量优化 y8D'V)B
  
#xNLr  
Tmg~ZI:MW  
 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。 7fgA)dU:K  

AN\:
  
tz6d}$  
x{6/di  
 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。） x$cs_
q]J  
=O<Ul~JRK  
CY<,p
$  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd d@8=%x:  
?R&,1~h  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 "nf.kj:>  

%S]H  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 1t WKH  
+3(1QgYM%  
H B_si  
 这意味着参数变化是的正态 =P<gZ-Cm  
tq8B)<(]  
f.!)O@HzH  
g PU|Gv5  
S ])Ap'E  
 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。 k^
}8=,j}  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 pE[ul  
b?hdWQSW7  
y<.0+YL-e+  
zZ3,e L  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run lUJ/ nG0l  
[k ZvBd  
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） z)='MKrEt-  
):  
s/ibj@h  
<]r.wn=}M  
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。 >?ZH[A  
Dt0S"`^=k  
总结 7?:7}xb-  
)@DH&  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 c{Nk"gEfRA  
1.模拟 0(iTnzx0  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 {s6;6>-kPW  
2.研究 X3NHQMI   
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 g7res  
3.优化 jhr{JApbJv  
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。 .iNPLz1  
4.分析 AB'q!7NR  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 m646|G5  
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。