[技术]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） )ACa0V>*p  
s5|LD'o!  
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 M;zRf3S  
R2Tvo?xI7  
3D\.Sj%  
~2@U85"o  
简述案例 T'XAcH  
f]T1:N*t  
系统详情 G+[>or
}  
 光源 R ;5w*e}?5  
- 强象散VIS激光二极管 KtEMH  
 元件 DJ}xD&G  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） #2yOqUO\  
- 具有高斯振幅调制的光阑 B>X+eK  
 探测器 a,cDj  
- 光线可视化（3D显示）  +KFK..  
- 波前差探测 uNXh"?  
- 场分布和相位计算 M#S8x@U  
- 光束参数（M2值，发散角） w])~m1yW  
 模拟/设计 }J`{g/  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 \<lV),  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： `H/HLCt  
 分析和优化整形光束质量 Zy*}C,Z  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 +\Q6Onqr  
O-T/H-J`  
系统说明 oK5(,8 (4  
ie.cTTOI  
8"8{Nf-"  
模拟和设计结果 rLL;NTN+/  
}sJ%InL  
数值探测器结果 m}uF&|5  
aqzvT5*8%  
W]Ph:O^5c  
AU'{aC+p  
L6 _Sc-sU  
总结 ;;nmF#  
m(OBk;S~   
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 )1x333.[c  
1.模拟 LiV]!*9$KG  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 UO:>^,(j  
2.评估 `SW`d<+L  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 Ds}6{']K  
3.优化 =?*V3e3{  
利用一个具有高斯形状孔径函数的光阑和经典场追迹引擎来优化M2参数。 q6_1`Ew  
4.分析 t&r?O dc&m  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 z%g<&Cq  
@XIwp2A{+  
对于复杂的光束整形装置，特别是离轴系统，可以使用VirtualLab来进行高效的模拟和分析。模拟过程中，根据情况应用不同的模拟引擎。 9(X *[X#  
cuKgO{.GH  
详述案例 HYg_{  
^Ws~h\{%  
系统参数 > %Y#(_~a  
"R9kF-  
案例的内容和目标 ,RT\&Ze5  
T@vVff  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 JK_$A;Q  
g:,4Kd|  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 wK\SeX  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 H+ M~|Ju7  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 M]_vb,=1  
]B7t9l  
模拟任务：反射光束整形设置 O-'T*M>  
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。 cxv)LOl-  
jcG4h/A  
EhVnt#`Si  
WYzY#-j  
@%fkW"y:  
/KV@Ce\  
规格：像散激光光束
GYs4#40  
kU^@R<Fo  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 R1m18GHQ  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 ~ZDdzp>  
TX+t   
"1nd~ BBOw  
4OIN@n*4  
oz0-'_  
< 1r.p<s  
规格：柱形抛物面反射镜 mcR!P~"i  
                         @v'<~9vG  
 有抛物面曲率的圆柱镜 LpiLk| 2i  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 ?nn,RBS-  
 曲率半径等于焦距的两倍 7yj2we  
vaU7tJ:  
F3f>pK5  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） D"WkD j"M  
Bl1I
"B  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 %B?5l^W@  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） Zuh
T \l  
 离轴角决定了截切区域 |% kK?!e+-  
df)1}/*L  
规格：参数概述（12° x 46°光束） Z:OO|x  
*Xo f;)Z^  
   }B.C#Y$@  
Lr~K3nb  
光束整形装置的光路图 Jzj~uz  
JU6np4  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 @rF\6I  
 因为离轴抛物面镜的位置是相对于它的焦点，那么到反射镜2的距离z必须是负的。 0t&H1xsxX  
uXC?fMWp.  
反射光束整形系统的3D视图 FSB$D)4z>b  
K_xOY *  
&sWyh[`P  
+Oscy-;  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 ?|/}~nj7  
 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）。 7lpVK]  
=V , _  
详述案例
EpfmH `  
Z8@]e}n  
模拟和结果 R}VL UL$  
D^~gq`/)  
结果：3D系统光线扫描分析 5zGj,y>u  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 LNb![Rq  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 7AiCQWf9  
pSP_cYa#(#  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd cmeyCyV*  
K6U>Qums  
使用参数耦合来设置系统 ^m=%C
tu#  
.R'i=D`Pz  
8GP}g?%  
自由参数： g2]-Q.  
 反射镜1后y方向的光束半径 ?Sqm`)\>4  
 反射镜2后的光束半径 85 hYYB0v  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） 75HL  
 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。 m0"\3@kB  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 yDC97#%3u  
12a #]E  
[ lW "M  
>N J$ac  
{+:XVT_+  
;`B35K  
"Zk6B"o)  
自由参数： c5R{Sl  
 反射镜1后y方向的光束半径 q9!9OcN2  
 反射镜2后的光束半径 Anv8)J!9u  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） bEKLameKv  
 基于光束发散角和直径（x和y方向）焦点，可以计算并设置反射镜的直径和距离z。 r\d:fot  
p#d UL9  
<T
[N.mB  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 +a-@ !J~:  
ZL</  
m-RY{DO+  
结果：使用GFT+进行光束整形 DeA'D|  
[R>  
cloI 6%5r  
CE,Om^  
@W8}N|jek  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 E+zn\v  
.M2&ad :  
&|'6-wD.  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 6W;kIoB  
yXx62J  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 b]BA,D4  
zDyeAxh4  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： ZPao*2xz  
#\BI-zt  
}dJ ~Iy  
3SDWR@x&  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd 5R`6zhf  
\STvBI?  
结果：评估光束参数 p0y?GNQ  
K)&XQ`&  
ukf\*  
 从生成的整形光束场分布，可以评估光束参数。 可以直接通过使用探测器界面实现。 j#P4Le[t  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M²值感兴趣。 9Fx z!-9m  
t[,T}BCy.  
NB5B$q_'#  
 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。 g/Jj]X#r  
 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） Os 2YZ<t  
L"7` \4  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd &W+G{W{3  
Ko|xEz=  
光束质量优化 P=[x!}.I  
jjT2k  
dG>Wu o  
 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。 C$G88hesn  
 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）。 S aet";pf`  
H0n@kKr  
结果：光束质量优化 8sF0]J[g{  
[pgkY!R?)  
((>3,%B`  
 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。 PB<S
c>{U  
I+?$4SC  
W#7-%oT  
IOZ|85u=  
 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。） |ezO@  
+Y9D!=_lj  
i^cM@?  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd *5'6E'  
"jJdUFN  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 RyQ\5^z  
IcA\3j  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 $4*E\G8  
j X!ftm2  
m *bKy;'8  
 这意味着参数变化是的正态 NT9- j#V  
_E<O+leWf  
u:H 3.5)%  
y#Za|nt  
i2}=/  
 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。 <\9Ijuq}k  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 }Oh'YX#[  
9c5G6n0  
,-IF++q  
><  _Z  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run 19w,'}CGk  
9k+&fyy  
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） J(&M<<%  
ny_ kr`$42  
OG?j6qhpl  
a2=uM}Hsp  
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。 {L-aXe{  
)>X|o$2  
总结 0m YZ7S5g  
xBE RCO^  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 #b"5L2D`y'  
1.模拟 >7(~'#x8A"  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 C(1A8  
2.研究 wI]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。 s8yTK2v2\  
3.优化 Wh'_slDH+  
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。 A]O5+"mc  
4.分析 <.7I8B7  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 L3=YlX`UL  
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。