[技术]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） AMm)E  
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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 q>E[)\+y  
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B9&$sTAB  
lV*dQwa?i  
简述案例 .}O _5b(  
UP})j.z  
系统详情 >7[o=!^:4  
 光源 A%zX LV=3O  
- 强象散VIS激光二极管 Jw b'5[R  
 元件 S%sD#0l  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） T=kR!Gx  
- 具有高斯振幅调制的光阑 T08SGB]  
 探测器 v{T%`WuPRf  
- 光线可视化（3D显示） FthrI  
- 波前差探测 &.ilku/  
- 场分布和相位计算 ZliJc7lss  
- 光束参数（M2值，发散角） 5N_w(B  
 模拟/设计 z"vI
-~,YU  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 65>1f  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： 8vK$]e36  
 分析和优化整形光束质量 UrP jZ:K'  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 T"tR*2HwSd  
lO>9Q]S<  
系统说明 zIeJ[J@  
nc.(bb),  
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模拟和设计结果 RXbhuI  
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数值探测器结果 y-/,,,r  
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PE\.JU  
?##3E, /"9  
TJhzyJ
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总结 b)e';M  
]DO~7p[  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 O #  
1.模拟 TB@0j ;g  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 dh~ cj5  
2.评估
us0{y7(p  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 ;GjZvo  
3.优化 u |EECjJn  
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。 =rB=! ;  
4.分析 6M/*]jLq4  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 w~n7l97Pw  
>cV^f6fH  
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。 RY4b<i3  
0]._|Ubn6)  
详述案例 bFv,.(h'  
))<1"7D^^  
系统参数 z/Kjz$l!  
{=q$k=ib  
案例的内容和目标 ui[E,W~  
p#  4@  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 DJGq=*  
TA"4yri=7x  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 $UX^$gG  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 1yg5d9  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 KBO{g:"  
Vo; B#lK  
模拟任务：反射光束整形设置 nbhzLUK  
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。 "4,Zox{^  
:
9=J=G*  
KVC$o+<'`%  
wRATe 0'
 
$h()%C7s  
TSp;VrOP  
规格：像散激光光束 #dKHU@+U"  

Vjc*D]  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 D{J+}*y  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 [tP6FdS/M=  

 -l ?J  
j_I  
|fd}B5!c  
}z/Y Hv%  
R DAihq  
规格：柱形抛物面反射镜 bB#6Xx  
                         rK@UCRf  
 有抛物面曲率的圆柱镜 3H'+7
[~qH  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 r8uc.z2%  
 曲率半径等于焦距的两倍 , id`=L=  
b
ktw?{h  
,M)NC%0X  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） }_A#O|dxO  
k\~A\UIYo  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 &M6cCT]&M  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） [8b,}i 1  
 离轴角决定了截切区域 qU/,&C  
"?yu
^  
规格：参数概述（12° x 46°光束） +"!=E erKi  
lZq`,E_L  
   +TR#  
;?A?1q8*  
光束整形装置的光路图 @Qa)@'u  
#f
 4"  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 1 ^k#g,  
 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。 OcB
n1k.  
#CM^f^*  
反射光束整形系统的3D视图 z [qO5z~I  
OSvv\3=  
g[W`
4  
9=-!~_'1-  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 HKr6h?Si^  
 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）。 fR4O^6c:  
kp+\3z_  
详述案例 x4HVB  
L'>t:^QTh  
模拟和结果 cX64 X  
7;_./c_@  
结果：3D系统光线扫描分析 !7:~"kk  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 ~IB~>5U!  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 p:,(r{*?  
f"0{e9O]2  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd S"Q$ Ol"  
FDHa|<oz  
使用参数耦合来设置系统 W .c:Pulg  
@'K+   
XOM@Pi#z  
自由参数： xY/ S;dE  
 反射镜1后y方向的光束半径 8^H <dR  
 反射镜2后的光束半径 7@.UkBOx  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） ya9V+/i7T_  
 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。 h4xRRyK  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 JvHGu&Nr!  
4Qr16,Us  
=9oN#4mWK  
$=j}JX}z  
6m$,t-f0b  
T/V 5pYl  
Xegg2.Kk  
自由参数： #_tixg  
 反射镜1后y方向的光束半径 CbJ ]}Z  
 反射镜2后的光束半径 h5bQ  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） PZQb.QAn  
 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。 3 *o l  
~CQYF,[Th  
H1,;Xrm  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 :VPZGzK4  
B6gSt3w.  
r lalr+Rf  
结果：使用GFT+进行光束整形 [Ng#/QXk{  
_RFTm.9&  
pZ/aZg1Ld  
e+z_Rj%Y;I  
F3\'WQh  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 6'e}!O  
@l0#C5(:  
uvK1gJrA)  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 !\a'GO[  
Cwxy~.mI  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 RZ!-,|"cwL  
]@W.5!5H  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： AepAlnI@  
/-wAy-W  
JkazB1h  
Y~T;{&wi  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd (u81
p  
Uhc2`r#q  
结果：评估光束参数 [YY[E 7  
ocCC63J  
p/B&R@%  
 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。 nV-A0"z_&  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M²值感兴趣。 cn$E?&-
 
/wB<1b"  
{I|iUfy  
 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。 RLN>*X  
 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） CPVR  
2T &<jt  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd YFD'&N,sx  
Lrgv:n  
光束质量优化  T|NNd1>  
>|L,9lR_b  
"VxZnT  
 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。 P agzp%m  
 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）。 \}Jy=[  
kAbRXID  
结果：光束质量优化 " d3pkY  
XUmL8  
*ktM<N58  
 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。 xQX,1NbH5  
xmxfXW  
)cnB>Qul  
Z 55i
q  
 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。） [vkz<sL"  
~d :Z|8  
F gM<2$h  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd 6CBk,2DswI  
<JE-#i  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 /238pg~Cw5  
]w.:K*_=  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 76a+|TzR  
6'UtB!gr  
h4x*C=?A  
 这意味着参数变化是的正态 |'WaBy1  
"Zd4e2>{M\  
@O#4duM4Qz  
pmd=3,D'u  
JX,&im*BG  
 对于这个例子，假设每个反射镜都有±0.1°的角度偏差（绝对的方向）。 由于这个偏差，整形光束的波前差明显增加。 >;}np F>  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 r- 0BLq]~{  
Ml)~%ZbF  
})O^xF~  
f>i6f@  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run pIdJ+gu(s  
nYG$V)iCb  
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） ,Ju

f  
_ETG.SYq  
fyIL/7hzf4  
D4[1CQ@}4D  
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。 elCDPZTf  
_y&m4Vuu  
总结 B`)o?GcVN  
!={Z]J  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 59gt#1k  
1.模拟
dxbP'2~  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 kD:O$8[J8  
2.研究 XYIZ^_My  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 hko0 ?z  
3.优化 U.<';fKnT  
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/}Ob4   
4.分析 ?ihkV?;)  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 pASNiH698  
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。