[技术]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） WoWmmZ  
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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 Yl"l|2 :  
"U*6?]f  
F~x>\?iN  
JQH>{OB  
简述案例 1(jDBP!8  
>=d%t6%(  
系统详情 8}{W.np_  
 光源 66|$X,  
- 强象散VIS激光二极管 -P We  
 元件 |`Iispn  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） yc.9CT
xx  
- 具有高斯振幅调制的光阑 o|nN0z)b4  
 探测器 Itv}TK eF  
- 光线可视化（3D显示） a G\  
- 波前差探测 O9R[F  
- 场分布和相位计算 r;8X6C  
- 光束参数（M2值，发散角） 52q<|MW%  
 模拟/设计 0%"
sOth  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 >%c7|\q[R  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： d< b,].  
 分析和优化整形光束质量 @<C<rB8R  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 X%  X &<  
W
bGN 5?9Q  
系统说明 &z?:s  
-
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;CLOZ{  
模拟和设计结果 5?XIp6%x  
IRIYj(J  
数值探测器结果 r"&VG2c0K  
Q8^g WBc
  
Wph@LRB]  
N~+e\K6  
maVfLVx-  
总结 (X~JTH:e/  
:Hq#co  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 ]B3f$;W  
1.模拟 cc{^0JT  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 tWaM+W  
2.评估 ` *q>E  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 oP_}C[  
3.优化 XxLauJP K  
利用一个具有高斯形状孔径函数的光阑和经典场追迹引擎来优化M2参数。 N^%7  
4.分析 \JbOT%1  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 1`)e}
p&  
][1 iKT  
对于复杂的光束整形装置，特别是离轴系统，可以使用VirtualLab来进行高效的模拟和分析。模拟过程中，根据情况应用不同的模拟引擎。 l#fwNM/F  
'|@?R|i0  
详述案例 >$G'=N:=X&  
Q|(G -  
系统参数 \`Ow)t:  
Ft 6{g JBG  
案例的内容和目标 q.!<GqSgb  
#}S<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。 XU|>SOR@z  
A^vvw~!d
 
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 &*#Obv  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 T7?cnK"  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 RiiwsnjC  
7~!F3WT{  
模拟任务：反射光束整形设置 #D-Ttla  
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。 pB'{_{8aA  
|OBh:d_B]  
D.*o^{w|  
 >G}g=zy@  
vJ{aBx`VS  

L~{3W  
规格：像散激光光束 9i+.iuE%Bu  
v
\dP  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 #83pitcc  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 /@Ec[4^=!.  
Cq[<CPAS  
%/w%A:y#&  
=fK6P6'B  
cf,^7,-`"  
 6h?)x  
规格：柱形抛物面反射镜 <lTLz$QE  
                         7x#."6>Dy  
 有抛物面曲率的圆柱镜 )4^Sz&\  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 /~3kkM(Ty  
 曲率半径等于焦距的两倍 =[LUOOR*]  
eXi}-~o  
Ogu";p(  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） n!&F%|o^^  
Z $Fm73  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 '$5Qdaj  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） ){4!  
 离轴角决定了截切区域 Ud)2Mq1#M  
c7A]\1 ~  
规格：参数概述（12° x 46°光束） ET;-'vd  
z[WdJN{  
   <-"[9 w  
<Yn-sH  
光束整形装置的光路图 Ie(M9QMp  
Qrw:
Bva)  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 a+<{!+3v  
 因为离轴抛物面镜的位置是相对于它的焦点，那么到反射镜2的距离z必须是负的。 y wmC>`0p  
/YHnt-}v,  
反射光束整形系统的3D视图 z@[-+Q:  
h-6x! 6pm  
!q 9PO  
)u1=, D  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 7M<co,"  
 绿线表示生成的光轴，由VirtualLab的基础定位方法生成（仅仅设置了距离z和倾角）。 Rw^X5ByJE  
v.F|8 cG  
详述案例 <xUX&J=;  
WHcw5_3#  
模拟和结果 ]/7#[  
APyH.]mQ  
结果：3D系统光线扫描分析 yH0vESgv  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 :{%~L4$HI  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 R|[gEavFl  
Ge1"+:tbJ  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd ")9jt
^  
7A^L$TY  
使用参数耦合来设置系统 A8 !&Y;d  
q<Y#-Io%3  
814cCrr,o  
自由参数： kOQ!]-;  
 反射镜1后y方向的光束半径 T@d4NF#  
 反射镜2后的光束半径 wQYW5X  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） ]Xg7XY  
 由于功能原理，所有系统参数（距离，焦距，直径）可以由光束参数分析计算。 ]v l?
J  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 uOPLJ?%  
uQg&]bSv  
yT
[)V[}  
@b{$s  
o @nsv&i  
cUTG! P\R  
{T3~js   
自由参数： {
dwlW`{  
 反射镜1后y方向的光束半径 .9q`Tf  
 反射镜2后的光束半径 B?9"Ztb  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） Z GrDa  
 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。 q-qz-cR  
tk+4noA  
H__'K/nH+  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 f=-R<l  
9>=S@hVMd  
=lL)g"xX  
结果：使用GFT+进行光束整形 meZZQ:eSl  
tNljv >vI  
 NG?g(  
V!QC.D<  
ppnl bL^*  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 =d/
$B!t{  
_% i!LyG  
@ssT$#)$!  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 $Y8iT<nP  
w{ Pl  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 mp8Zb&Ggb  
KxDfPd+j[  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： Z9j`<VgN  
[= Xb*~  
gSkY c{b  
>XW-W  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd &.JJhX  
K+`deH_d  
结果：评估光束参数 4c<\_\\ck  
`Dp4Z>| K  
$?uLFD  
 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。 goc; .~?  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M²值感兴趣。 `o21f{1]X&  
B^/(wHBp  
dw%g9DT  
 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。 Kxi@"<`S  
 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） -m$2"_  
Fi# 9L  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd s`=&l  
N'Vj& DWC  
光束质量优化 PNH>LT^  
omI"xx  
h$p}/A  
 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。 AI-ZZ6lzR  
 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）。 %- Ga^[  
tg
7QX/KX  
结果：光束质量优化 O$X^Ea7~  
*vT Abk$  
Uurpho_~  
 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。 ,r;E[k@  
kb!W|l"PN  
7Ac.^rv5  
r|y\FL  
 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。） q><wzCnRu~  
BwVq:)P/R  
B5[As8
Sa  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd cbW=kQc_  
7A{Z1[7  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 {"O-/* f+(  
Eo@rrM:  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 ;rl61d}NH#  
C|]Zpn#{K  
_~;K]  
 这意味着参数变化是的正态 F(w<YU%6  
cL4Xh|NBp  
yF-
`f _  
SVPksr  
j{@li1W@  
 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。 a..LbQQ  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 "ZuA._
 
K{XE|g  
WfQZ7e  
>AWWwq -  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run ;8cTy8  
n{=Ot^ ";  
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） A(z m  
1w+)ne_&  
`:d\L H  
bL|$\'S  
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。 .-1'#Z1T  
Gsy'':u  
总结 67U6`
9d  
r+tHVh  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 9 $^b^It  
1.模拟 O2/_$i[F  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 ~6{U^3  
2.研究 L#fK ,r8  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 Q1(4l?X@  
3.优化 f67t.6Vw2+  
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。 W)L*zVj~  
4.分析 xrkR)~ E  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 xEufbFAN?  
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。