[技术]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） \L Q+ n+  
[IYVrT&C'  
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 Q %o@s3~O  
NqD]p{>Y  
Rc1j^S;>  
JEto_&8,C  
简述案例 ]\pi!oa  
6v)TCj/  
系统详情 bzi"7%c  
 光源 j9 nw,x
$  
- 强象散VIS激光二极管 1:-'euA"  
 元件 s$M(-"mg  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） f?5>V   
- 具有高斯振幅调制的光阑 6 U.Jaai:  
 探测器 9?l a5  
- 光线可视化（3D显示） 5u$.!l8Nl  
- 波前差探测 F^%w%E\  
- 场分布和相位计算 '/>Mr!H#  
- 光束参数（M2值，发散角） a'VQegP(f\  
 模拟/设计 DDrR9}k  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 ]_s3<&R  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： Q|_F P:  
 分析和优化整形光束质量 F[ E'R.:  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 tMl y*E  
qb"S
  
系统说明 7b"fpB  
i2<z"v63  
x3O%W?5  
模拟和设计结果 ^'X I%fEf  
Tz,-~mc  
数值探测器结果 @|Pm%K`1  
m\>gOTpA4  
p(F@lL-  
qTuR[(  
'va[)~!  
总结 j<^!"_G]*?  
qk& F>6<9*  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 v-8>@s jy8  
1.模拟 Z '5itN^  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 @ m`C%7<  
2.评估 \+o
\wTW  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 Myc-lCE  
3.优化 h#0n2o#  
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。 vXKL<  
4.分析 5:@b
NNX'j  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 C*Q7@+&  
kz=ho~ @  
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。 PD&e6;rj;  
//@6w;P  
详述案例 o0r&w;!  
k3Yu"GY^  
系统参数 #0AyC.\  
6P{bUom?  
案例的内容和目标 !U`4  
:w8{BIUN)  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 F,_L}  
@gP
*z6Z  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 S#ryEgc]  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 Jh+;+"  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 eT%x(P
 
_ZRmD\_t  
模拟任务：反射光束整形设置 8^_:9&)i  
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。 p3P8@M  
5o6IpF0V  
lT[,w9$  
zjoo;(?D|  
? 2}%Rb39  
?+}Su'pv}  
规格：像散激光光束 75\ZD-{T:  
CPZ{  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 ZA=J`->k  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 19fa7E<  
j~'.XD={  
rxp|[>O<  
h3F559bw/<  
8~!E.u9w  
~<k>07  
规格：柱形抛物面反射镜 hWly8B[I  
                         SS/vw%  
 有抛物面曲率的圆柱镜 RLf-Rdx/  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面
99OZK  
 曲率半径等于焦距的两倍  ~&~4{  
s_ZPo6p  
W'6DwV|  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） r
Qv5uoD  
>33=0<  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 ;Tbo \Wp9  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） QN8+Uj/zx  
 离轴角决定了截切区域 fTEZ@#p  
8*-)[+s9il  
规格：参数概述（12° x 46°光束） k_t|) J  
C).\ J !  
   HD<$0M|  
fV+a0=Z  
光束整形装置的光路图 (H:c80/V  
AYf}=t|  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 .$~3RjM  
 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。 ]{=y8]7  
XU7to]'K  
反射光束整形系统的3D视图 q&=z^Ln!G  
=*fq5v  
j+3\I>  
tE0{ae  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 ,?LE5]  
 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）。 e\~nqKCb  
-+F,L8  
详述案例 NioqJG?p  
~Jf(M^E  
模拟和结果 `NhG|g  
R.i]6H!  
结果：3D系统光线扫描分析 OK4r)  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 bEF2-FO  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 M?8sy  
'7oR|I  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd I{w(`[Nxw*  
'A{zH{
 
使用参数耦合来设置系统 [%^0L~:  
Wm1dFf.>  
4evN^es'I_  
自由参数： 2lfEJw($  
 反射镜1后y方向的光束半径 f5//?ek  
 反射镜2后的光束半径 ~AWn 1vFc  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） #i~P])%gNP  
 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。 6,4vs+(|\  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 1E$\&*(  
sm"Rp~[i  
A*BN  
%KF I~Qk  
Yv=L'0K&  
:Xy51p`.;]  
2aTq?ZR|8A  
自由参数： v,opyTwG|  
 反射镜1后y方向的光束半径 <LZ#A@]71  
 反射镜2后的光束半径 )z&C&Gqz  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） h% >ZN-K)  
 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。 O-.G("  
sI6*.nR  
h}|.#!C3  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 2iKteJ@h)  
ADF<5#I  
6 _V1s1F  
结果：使用GFT+进行光束整形 pj7al;  
F,as>X#  
3\]j4*i!  
!d 4DTo  
>'#vC]@  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 .|CoueH  
|L89yjhWBs  
KCpq<A%  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 /\qzTo  
mph9/ %]S  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 6W:]'L4!  
)Ko~6.:5H  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： kbvF 9#  
;>/Mal  
rR^o  
16N|  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd !r6Yq,3  
XFWE^*e=B  
结果：评估光束参数 Zqf ovG
 
o+{7"Na8[  
uzb|yV'B  
 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。 KXz7l\1Gb  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M²值感兴趣。 K}N~KDW R|  
5w~ 0Q  
_J2?B?S/j  
 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^s|c'  
 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） {|0Yc
L  
ci+ajON  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd U:@tdH+A7  
*Cp:
<Mnd  
光束质量优化 g0QYBrp  
'xG{q+jj'  
J
!|
R1  
 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。 N/
#x  
 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）。 <3ep5`1   
`tuGy}S2  
结果：光束质量优化 Kc@Sw{JR#7  
Mcz;`h|EW  
yW*,Llb5  
 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。 Rxr?T-  
UCj<FN `  
N_FjEZpX  
9:3`LY3wW  
 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。） (]?M=?0\  
0dsL%G~/N  
;jQ^8S  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd jUZ$vyT  
n
'j}u  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 x
<aR|r  
(["V( $  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 BaUuDo/ZO  
MLiaCG;  
p1.3)=T  
 这意味着参数变化是的正态 `SZ-o{  
m$hkmD|  
S !lrnH  
j4`+RS+q  
L?M x"  
 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。 8N |K
  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 $tc1te  
uvR l`"Y  
P;K3T![  
u(hJyo}  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run M$!-B,1BX  
tnBCO%uG  
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） (!efaj  
C7AD1rl  
u"wWekB  
=w:)AWZ  
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。 CGb4C(%-7  
bVa?yWb.  
总结 Nq6; z)$  
@)!N{x?  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 jS8B:>  
1.模拟 '.gi@Sr5  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 ^ rUq{  
2.研究 M0?%r`  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 %] :ZAmN  
3.优化 mfffOG  
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。 k!bJ&} Q(b  
4.分析 19[!9ci  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 D6fd(=t1Z  
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。