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    [技术]反射光束整形系统 [复制链接]

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    离线infotek
    科学家
     
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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2023-03-30
    光束传输系统（BDS.0005 v1.0） l;V173W=&  
    GKCroyor  
    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 <-0]i_4sK  
    @ .KGfNu  
     ?fS9J  
    =w^M{W.w  
    简述案例     mV m Gg,  
    oXS}IL og'  
    系统详情 9>$p  
    光源 L rPkxmR  
    - 强象散VIS激光二极管 B1Oq!k  
     元件 'ig'cRD6N  
    - 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） CQ2jP G*py  
    - 具有高斯振幅调制的光阑 Vz[C=_m  
     探测器 'm9` 12 H  
    - 光线可视化（3D显示） L8n|m!MOD  
    - 波前差探测 "h ^Z  
    - 场分布和相位计算 $]8Q(/mbK  
    - 光束参数（M2值，发散角） -{_PuJ "  
     模拟/设计 IM+ o.@f-  
    - 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 /Q )\+  
    - 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： h.fq,em+H  
     分析和优化整形光束质量 L4f3X~8,b  
     元件方向的蒙特卡洛公差分析 R GX=)  
    cS+>J@L  
    系统说明 yppo6HGD  
    k+4#!.HX^  
    {_dvx*M  
    模拟和设计结果 ,Lt[\_  
    [8*)8jP3  
    %%wNZ{  
    场（强度）分布                                   优化后
    数值探测器结果 wdZ/Xp9]  
    PxE3K-S)G  
    L_s:l9!r  
     8.~kK<)!  
    a'z7(8$$  
    总结 Q5_o/wk  
      Mc}^LDX  
    实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 Tb-F]lg$  
    1.模拟 JMM W  
    使用光线追迹验证反射光束整形装置。 MJrR[h]  
    2.评估 ;S*}WqP,  
    应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 <^uBoKB/f  
    3.优化 k$7Jj-+~  
    利用一个具有高斯形状孔径函数的光阑和经典场追迹引擎来优化M2参数。  f V(J|  
    4.分析 e0 T\tc  
    通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 xP,hTE  
    uM'Jp?  
    对于复杂的光束整形装置，特别是离轴系统，可以使用VirtualLab来进行高效的模拟和分析。模拟过程中，根据情况应用不同的模拟引擎。 Hq 188<  
    "g#i'"qnW  
    详述案例 <d_!mKw  
     eR"<33{  
    系统参数 d^6M9lGU  
    I!?}jo3  
    案例的内容和目标 2 Vrw  
     *WT`o>  
    在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 b%5f&N  
    O7IJ%_A&  
    ;w[0t}dPl  
     目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 vZoaT|3 G]  
     之后，研究并优化整形光束的质量。 v}Fr@0%  
     另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 m9Hit8f@Q  
    xZv#Es%#  
    模拟任务：反射光束整形设置 YUIi;  
    引入的反射光束整形装置是基于一个反射镜系统，此系统由两个抛物面圆柱反射镜镜与抛物面截面反射镜组成。焦点距离和镜子的位置取决于输入光束的发散角。 @|%2f@h  
     baK$L;Xo:  
    8ITdSg  
    (J!+(H 8  
    uR r o?m<  
    Ue~CwFOc  
    规格：像散激光光束 # 4PVVu<  
    *`RkTc G  
     由激光二极管发出的强像散高斯光束 Y.r+wc]  
     忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 o.l- 7  
     \;"=QmRD%:  
    (*)hD(C5  
    ^]-6u:J!  
     ,nB5/Lx  
    Per1IcN  
    规格：柱形抛物面反射镜     [1 9,&]z  
                             A$:U'ZG_  
     有抛物面曲率的圆柱镜 w: Kl6"c  
     应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 0=E]cQwh  
     曲率半径等于焦距的两倍 1PV'?tXp(  
    Tyf`j,=  
    fsWTF<Y  
    规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） hFl^\$Re  
    $'hEz/  
     对称抛物面镜区域用于光束的准直 vOpK Np  
     从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） )/?$3h;  
     离轴角决定了截切区域 pD#rnp>WWt  
    d4c8~L H-  
      
    规格：参数概述（12° x 46°光束） 8eHyL  
    u^qT2Ss0  
       V /V9B2.$  
    $@"g^,n  
    光束整形装置的光路图 eM?I$ePTN  
    _8_R 1s  
    b 7?hI  
     由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 Y\?"WGL)p  
     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<(  
    P! #[mio  
    反射光束整形系统的3D视图 BeoDKdAwY  
    l&Q`wR5e  
     *.d)OOpLo  
    l3I:Q^x@  
    光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 i5Yb`Z[Y  
     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）。 #Kex vP&*  
    ~g ZLY ls  
    详述案例 D!-g&HBTC  
    X!dYdWw*m  
    模拟和结果 8i#2d1O  
    )"aV* "  
    结果：3D系统光线扫描分析 .MoU1n{Yc  
     首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 ]a*d#  
     使用光线追迹系统分析仪进行分析。 wHMX=N1/  
    '^~{@~ ;%L  
    file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd T&u5ki4NE  
    xH"/1g  
    使用参数耦合来设置系统 "Nbq#w\  
    CSq4x5!_7>  
    )g#T9tx2D  
    自由参数： *@=/qkaJaI  
     反射镜1后y方向的光束半径 } .m<  
     反射镜2后的光束半径 pm0{R[:T7  
     视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） =Qj{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。 ywm8N%]v  
     对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 .Una+Z  
     s/ qYa])  
    =BAW[%1b  
    Eq9x2  
    ""F5z,'  
    7XLtN "$$  
     Y}|X|!0x  
    自由参数： iYm-tsER;  
     反射镜1后y方向的光束半径 PB`Y g  
     反射镜2后的光束半径 {~"/Y@&]R  
     视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） /,&<6c-Q@W  
     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。 qCpp6~]Um  
    9YQb &  
    1.{z3_S21:  
     如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 O6a<`]F  
    <?}-$  
    <~'"<HwtK  
    结果：使用GFT+进行光束整形 rt~d6|6  
    Pz|>"'  
    /dQl)tL  
    Z=Y& B>:[  
    ~{B7 k:  
     现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 sRL`dEl4l  
    L<-_1!wh  
    0c'<3@39k|  
     由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 l2rd9 -T  
    JNYFD8J~  
     不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 g:D>.lKd  
    Yi+wC}   
     产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： xU>WEm2  
    7#ibN!  
    [-k  
     ~f1%8z  
    file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd {V$|3m>:*  
    }`QUHIF  
    结果：评估光束参数 ag#S6E^%S  
    w?k>:,'[  
    G"U9E5O  
     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。 K'Tm_"[u  
     在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M²值感兴趣。 mPN@{.(j  
    RJ ||}5  
    O-~ 7b(Z  
     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。 k,E{C{^M  
     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） y'~U%,ki6  
    YY((V@|K  
    file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd ]&xk30  
    ?{|q5n  
    光束质量优化 LX7FaW  
    z Rl3KjET  
    ~'iHo]9O  
     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。 ~u!|qM  
     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）。
    N^ds RYC  
    W*4-.*U8a  
    结果：光束质量优化 $@Rxrx_@M  
    c~$)UND^  
    5uNJx5g  
     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。 uK#4(eY=W  
    .TR9975  
    KRLQ #,9  
    " 4K(jXq|  
     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。） $L>@Ed<  
    be{H$9'  
    6C^ D#.S  
    file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd i]y<|W)Q3  
    dh*ZKI^@(  
    反射镜方向的蒙特卡洛公差 NP#w +Qw  
    YTpSHpf@  
     对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 V>%rv'G8  
    2c,9e`  
    B5VKs,g  
     这意味着参数变化是的正态 bv9]\qC]T<  
    Sh~dwxp*"  
    dA`IEQJL  
    88gM?G _X  
    -M~:lK]n   
     对于这个例子，假设每个反射镜都有±0.1°的角度偏差（绝对的方向）。 由于这个偏差，整形光束的波前差明显增加。 .fFCC`&T  
    这意味着，波前对对齐误差很敏感。 eRstD>r  
    Z{Qu<vy_  
    }wjw:M  
    cLJ$M`e  
    file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run ' !cCMTj  
    KKPh~ThC  
    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） &yTqZ*Yuk  
    |'8Nh  
    )?n aN  
    mh{d8<Q2  
    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。 :&rt)/I  
    W$;,CU.v  
    总结 ufZDF=$7  
    nH'e?>x~e  
    实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 _LUhZlw  
    1.模拟 b:m88AG  
    通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 sPQQ"|wU  
    2.研究 8f 4b&ah  
    为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 f#"J]p  
    3.优化 9r<J"%*Q  
    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。 T_ <@..C  
    4.分析 qzLPw*;  
    通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 ~i{(<.he  
    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。
     
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