[技术]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） :)g=AhBF  
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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 IJD'0/R'c  
~YlbS-  
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82+  
简述案例 3VCyq7B^  
}pu2/44=W  
系统详情 |ZJ]`qmZ  
 光源 m qPWCFP  
- 强象散VIS激光二极管 1e'-rm F  
 元件 16keCG\  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） P{)&#HXUVb  
- 具有高斯振幅调制的光阑 FGr0W|?v  
 探测器 j08G-_Gjn  
- 光线可视化（3D显示） 2xni! *T+  
- 波前差探测 qp"gD-,-o  
- 场分布和相位计算 U/&?rY^|  
- 光束参数（M2值，发散角） r*>XkM& M  
 模拟/设计 #`:60#l  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 |LcN_,}6  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： CmJI"   
 分析和优化整形光束质量 %HL@O]ftS  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 LdU, 32  
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系统说明 {3$ge  
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模拟和设计结果 Y%^&
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数值探测器结果 EqUiC*u8{I  
u&STGc[  
UI<'T3b  
hNyYk(t^  
(+@3Dr5o0}  
总结 y:iE'SRRK6  
OB6I8n XW  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 g5V9fnb!d  
1.模拟 bNevHKS  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 4oT25VH  
2.评估 [k@D}p x  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 A}~hc&J  
3.优化 uTbI\iq  
利用一个具有高斯形状孔径函数的光阑和经典场追迹引擎来优化M2参数。 +;Q&  
4.分析 ^(N+s?  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 }-V .upl  
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对于复杂的光束整形装置，特别是离轴系统，可以使用VirtualLab来进行高效的模拟和分析。模拟过程中，根据情况应用不同的模拟引擎。 BtBy.bR  
b\UQ6V  
详述案例 ~b3xn T  
.Ky<9h.K  
系统参数 @s/;y VVq  
p % 3B^  
案例的内容和目标 &I:X[=;g  
MZ=U} &F  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 nl*{@R.q @  
<rRmbFH#  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 {8@?9Z9R{  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 Toy~\  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 M[Y|$I}  
/-^gK^  
模拟任务：反射光束整形设置 @`wBe#+\  
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。 .DHZs#R  
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X[j4V<4O  
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y<BiR@%,7  
规格：像散激光光束 }YU#}Ip@  
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 由激光二极管发出的强像散高斯光束 ^T(l3r  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 H",yVD  
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$d,30hK  
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规格：柱形抛物面反射镜 HQt=.#GW  
                         `q7I;w+g  
 有抛物面曲率的圆柱镜 F mh;d*IT  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 nLto=tNUO  
 曲率半径等于焦距的两倍 <g>_#fz"K  
-T4?5T_  
a=p3oh?%-O  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） AJt0l|F  
IJS9%m#  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 4)JrOe&k  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） 4{CVBowi  
 离轴角决定了截切区域 .}SW`RPk  
wXuHD<<  
规格：参数概述（12° x 46°光束） ^CZn<$  
Y<w2_+(  
   / DeIs  
&1]}^/u2  
光束整形装置的光路图 ?h1]s&^|2  
#4%,09+  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 W qci51y>#  
 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$9o
  
"E/F{6NH  
反射光束整形系统的3D视图 ecA0z c~  
+c}fDrr)  
f]T#q@|lE  
}`f%"Z  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 C<qJnB:B9  
 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）。 ^B?{X|U37  
 $Jb+}mlT  
详述案例 jTSw0\}  
/}#z/m@bN  
模拟和结果 @L{HT8utK3  
<\X4_sdy  
结果：3D系统光线扫描分析 {s=QwZdR  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 "F"G(ba^  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 mOGcv_L  
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file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd [7|}h/  
c{|soc[#  
使用参数耦合来设置系统 <gf:QX!  
F~W*"i+EZ  
<X|"5/h  
自由参数： RX?Nv4-  
 反射镜1后y方向的光束半径 f+fF5Z\  
 反射镜2后的光束半径 xx!o]D-}  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） d/Zt}{  
 由于功能原理，所有系统参数（距离，焦距，直径）可以由光束参数分析计算。 &vdGKYs 6  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。
I0m/  
5_G7XBvD/w  
V)!Oss;i  
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isWB)$q  
gOgG23 x  
>hB]T%'  
自由参数： P1Re7/  
 反射镜1后y方向的光束半径 L!mQP  
 反射镜2后的光束半径 2$qeNy  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） !G`w@E9M)  
 基于光束发散角和直径（x和y方向）焦点，可以计算并设置反射镜的直径和距离z。 F4kU) i  
h^x7[qe  
r;upJbSX  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 qLA  
99:`58G  
uZd)o AB  
结果：使用GFT+进行光束整形
;S,g&%N  
lSXhHy  
CEqfsKrsxE  
tQo"$ JN}  
F_YZV)q!W  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 aH'^`]'_=  
EU>@k{Qt  
I?bL4u$\  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 clG3t eC  
rd%3eR?V  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 ,_\h)R_  
Dih~5  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： `1M_rG1/+  
3,N7Nfe  
V&h,v%$  
Axj<e!{D  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd C[gSiL  
pA+Qb.z5z  
结果：评估光束参数 =wS:)%u  
]vKxgfF  
z)QyQ  
 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。 <C${1FO7If  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M²值感兴趣。 %4n=qK9T5  
q.Z0Q  
bgYM  
 整形光束在x和y方向上显示了一个几乎相同的半径。 发散角大约是4urad。 Y$oBsg\v  
 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） "]zq<LmX  
2R<1^  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd iDHmS6_c  
[>C^ 0\Z~  
光束质量优化 Sq(=Bn6E  
 "thfd"-  
 pSV 8!  
 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。 V+Cb.$@  
 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）。 #BT= K  
4XX21<yn  
结果：光束质量优化 4~Lw:o1a  
"GZhr[AW  
Z(xn-  
 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。 F!zZIaB]  
6"ZQN)7  
YdC:P# Nf  
v,g,c`BjK  
 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。） \?g)
jY  
8&dmH&  
i}+dctg/  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd 0F
Eb[+N  
{(xNC#
  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 VMen:
  
v6oZD;;~  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 ^@{'! N  
63:ZDQ  
pjbKMx  
 这意味着参数变化是的正态 }o)GBWqHR  
OP:;?Fs9`  
mRQ F5W6  
x`C;  
0{AVH/S  
 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。 eN}FBX#'  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 tk1qgjE(?  
!u4oo-  
wond>m 3  
{yspNyOx  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run mnu7Y([2>  
?*}V>h 8m)  
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） b%|%Rek8  
2"V?+Hhz  
yDy3;*lE  
~^Vt)/}Q  
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。 EkXns%][L  
yVh]hL#4+w  
总结 WdIr3  
N15{7,   
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 M=0I 3o}J  
1.模拟 {#Gr=iv~N  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 3R4-MK  
2.研究 ;=UrIA@y;=  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 <niHJ*  
3.优化 &a48DCZ
 
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。 6PJ0iten  
4.分析 u!{P{C  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 r,yhc =  
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。