[技术]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） bl#6B.*=  
C4gzg  
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 ]^<\a=U  
>".@;  
L),bPfz  
Ei89Ngp\}  
简述案例 ;&MnPFmq  
hbs /S  
系统详情 4K,S5^`Gx  
 光源 ts r{-4V  
- 强象散VIS激光二极管 xp*d:  
 元件 JI/iq  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） :)%cL8Nz]$  
- 具有高斯振幅调制的光阑 W?n/>DML  
 探测器 Q<(aU{  
- 光线可视化（3D显示） #It!D5A  
- 波前差探测 j3j^cO[8v  
- 场分布和相位计算 =
]1g*~%  
- 光束参数（M2值，发散角） 6xu%M&ht  
 模拟/设计 7t+H94KG7  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 R#s_pW{op  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： k
;r[m,$  
 分析和优化整形光束质量 X,D ]S@  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 ( geV(zT  
1G'pT$5&  
系统说明 VREDVLQT  
$9Gra#  
"+hU
t  
模拟和设计结果 !
p_l(@f  
^!x qOp!  
数值探测器结果 Uh'W d_?  
m3XT8F*&  
XnRm9%  

UU '9  
7mL1$i6=  
总结 $SfY<j,R  
kH=qJ3Z  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 ](`:<>c  
1.模拟 bG+Gg*0p  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 r>
G||/Z  
2.评估 BL%3[JQ  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 zR?1iV.]  
3.优化  _w FK+>  
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。 >E WK cocM  
4.分析 tZ:fOM  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 o%K1!'  
-o57"r^x  
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。 ]NKz5[9D  
V=c?V
/pl  
详述案例 muO;g&  
>
"Zn# FY  
系统参数 nFwdW@E9  
|WW'qg]Uu  
案例的内容和目标 l s%
'\}  
:^]FpUY  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 jI$7vmO  
VYrs4IFT$  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 z'0 =3  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 g^^^fKUp)  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 eYPIZ{S7h  
<<H'Z  
模拟任务：反射光束整形设置 <lWBhrz  
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。 '@"A{mrE  
fmFs  
h9rrkV9  
vb`:  
qnO/4\qq  
.C1g Dry]  
规格：像散激光光束 l{V(Y$xp3  
,f
j~BkW{  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 sO)!}#,   
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 XOEf,"  
c32"$g  
Qk&6Z%  
~~#/jULbV  
v=D4O.  
zZV9`cqZ{  
规格：柱形抛物面反射镜 t_qX7P8+'  
                         ZOL#Q+U  
 有抛物面曲率的圆柱镜 l#]+I YD  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 w^S]HzMd  
 曲率半径等于焦距的两倍 b+$-f:m
j  
s$/Z+"f(  
:oJ!9\5  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） 2F:X:f  
ShOB"
J-  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 o|V=3y Ok  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） 'A/f>W  
 离轴角决定了截切区域 T"E%;'(cp)  
Ky{C;7X  
规格：参数概述（12° x 46°光束） ] .c$(.  
yI's=Iu`  
   R#/0}+-M  
'he&h4fm  
光束整形装置的光路图 83Fmu/(  
P2 +^7x?  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 Chtls;Ph[  
 因为离轴抛物面镜的位置是相对于它的焦点，那么到反射镜2的距离z必须是负的。 L(BL_  
M'$?Jp#]}  
反射光束整形系统的3D视图 JwUz4  
8HdjZ!  
7] 17?s]t,  
KPa&P:R3  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 T2 V(P>E  
 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）。 Gdlx0i  
@oFuX.  
详述案例 `~LaiN.  
8uB6C0,6?  
模拟和结果 \Qz
 
_\AT_Zmy  
结果：3D系统光线扫描分析 Xyw;Nh!!d  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 E\~!E20^  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 5Veybchy "  
}vQY+O  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd <Kq!)) J'  
!:|D[1m  
使用参数耦合来设置系统 '>UQsAvm  
)H<F([Jri  

g]}E1H6-  
自由参数： fMZc_dsW9  
 反射镜1后y方向的光束半径 AO0aOX8_+D  
 反射镜2后的光束半径 ['@R]Si"!  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） C?PgC~y)  
 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。 iR4!X()  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 Evq^c5n>{  
@ {8xL  
N x/_+JWje  
9'h4QF+Y  
zY\MzhkX,  
%;YERO!  
P!lTK
  
自由参数： gz`P~7-w:  
 反射镜1后y方向的光束半径 hkR Jqta)  
 反射镜2后的光束半径 BxGz4  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） i>AKXJ+  
 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。 wfBf&Z0{  
i^6g1"h  
OeY+Yt0  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 )R"deb=s  
PD@@4@^
 
7a'@NgiGg  
结果：使用GFT+进行光束整形 R
yN?Sn5)  
!$.h[z^  
kI#yW!  
c!>",rce  
6R%NjEW:  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 atjrn:X  
Ed&M  
^[-3qi  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 J
l9w/T  
/? HLEX  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 1N\-Ku  
>,QW74o  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： bY7~b/  
>PK\bLEo  
# >L^W7^  
'5m`[S-IU  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd ,#QLc  
+G<9|-  
结果：评估光束参数 {,b:f  
7Ys\=W
1  
b>"=kN/  
 从生成的整形光束场分布，可以评估光束参数。 可以直接通过使用探测器界面实现。 \H$j["3  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M²值感兴趣。 CGN:=D<  
fW.)!EPO  
$Xr9<)?,  
 整形光束在x和y方向上显示了一个几乎相同的半径。 发散角大约是4urad。 LzJNQd'  
 M²值明显高于1。（与理想高斯光束相比，高M²值是由光束偏离引起的） >6zXr.  
}@S''AA\  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd F B7.b  
Ww$?X LF  
光束质量优化 U `<?~Bz  
\hT=U*dMR  
Cz1o@rt  
 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。 ti^msC8e  
 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）。 ImVHX~qHJ  
^N_?&pgy  
结果：光束质量优化 !]z6?kUK  
EkEU}2  
- Ado-'aaS  
 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。 jFMf=u&U  
.ITR3]$  
.~Z@y#  
F),wj8#~>-  
 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。） QUU'/e2^c  
.kkrU  
vD*9b.*  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd i VIpe  
D,Jyb0BW  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 B'"RKs]  
\a}W{e=FNT  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 RTR@p =ck  
C7lBK<gQ  
c_YP#U  
 这意味着参数变化是的正态 $"G=r(MW  
YjM_8@<  
8~
")9w  
P<WCW3!JZ  
7-Yn8Gq  
 对于这个例子，假设每个反射镜都有±0.1°的角度偏差（绝对的方向）。 由于这个偏差，整形光束的波前差明显增加。 rF8nz:8  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 ^sA"&Vdr^  
#fR~7KR  
=`MU*Arcs[  
R|
h(SXa  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run /Sag_[i  
h (1 }g/  
第一个随机公差的典型强度分布：（相应的均方根波前差：1.08λ，40.4λ，140λ） ~qxuD_  
(]l}QR%Bxu  
XV> )[Nd\H  
(ug^2WG Yq  
由于波前差和因此校准的偏差更大，M²值明显增加。可以使用高斯孔径来减少。 8P#jC$<  
atA:v3"  
总结 Q7-d]xJ^  
Z-D4~
?Tv  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 #I(Ho:b  
1.模拟 xYGB{g]  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 L93KsI  
2.研究 7CKh?>  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 c<gvUVHIxR  
3.优化 ZdP2}w  
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。 g,N"o72)  
4.分析 }L1-2  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 P}Ud7Vil;l  
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。