[技术]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） vJZ0G:1  
l e+6;'Q  
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 |OW/-&)  
k(hYNmmo j  
6oTWW@  
m]H[$Q  
简述案例 Pdgn9  
M)v\7a  
系统详情 5cc;8i  
 光源 V
|6PKED  
- 强象散VIS激光二极管 EY3x o-H  
 元件 5\\#kjjx  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） )m8ve)l  
- 具有高斯振幅调制的光阑 b1+6I_u.  
 探测器
1D2Uomd(  
- 光线可视化（3D显示） Zl,c+/  
- 波前差探测 Q?"o
.T';  
- 场分布和相位计算 a[e&O&Z  
- 光束参数（M2值，发散角） bBx.snBK  
 模拟/设计 >L5fc".  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 $H0diwl9R  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： 9NUft8QB  
 分析和优化整形光束质量 ^3>Qf
  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 mT]+w
i&  
)gX7qQ  
系统说明 |\HYq`!g%7  
=J@M,mbHg  
^{ Kj{M22  
模拟和设计结果 ` u|8WK:  
#sHA!@ |  
数值探测器结果 ,s=jtK  
7z.(pg=  
UJ\[^/t  
"7w
~0?}  
trl:\m  
总结 B #[URZ9S  
UU7E+4O&  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 \vH /bL  
1.模拟 dwH8Zg$B  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 Ffvv8x  
2.评估 bCV3h3<  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 J 8!D."'Q0  
3.优化 dkHye>  
利用一个具有高斯形状孔径函数的光阑和经典场追迹引擎来优化M2参数。 .o27uB.  
4.分析 7o+JQ&fF;  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 /.knZ_aJ!  
|b BA0.yS  
对于复杂的光束整形装置，特别是离轴系统，可以使用VirtualLab来进行高效的模拟和分析。模拟过程中，根据情况应用不同的模拟引擎。 1 #zIAN>  
qdM=}lbc  
详述案例 }\iH~T6  
_f"HUKGN  
系统参数 WfdM~k\  
wqB 5KxO  
案例的内容和目标 P"Scs$NOU?  
bOB<m4  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 `Kt]i5[ "  
_`oP*g =  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 NcuZw?  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 (plsL   
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 LR(
Q.x  
E$4_.Z8sRw  
模拟任务：反射光束整形设置 O<*l"fw3  
引入的反射光束整形装置是基于一个反射镜系统，此系统由两个抛物面圆柱反射镜镜与抛物面截面反射镜组成。焦点距离和镜子的位置取决于输入光束的发散角。 A^%li^qz  
j;BMuLTm1  
V[Z^Z  
J{69iQ  
lI)RaiMr=  
LH@xr\^  
规格：像散激光光束 3iKy>  
(V06cb*42[  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 *GGiSt  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 
L@&(>  
HCCEIgCT  
5PRS|R7  
-|FSdzvg  
IAlX^6s*  
)' hOW
*v  
规格：柱形抛物面反射镜 MjNq8'$"  
                         5gg Yg$  
 有抛物面曲率的圆柱镜 q!OB?0
3n  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 h(>eHP  
 曲率半径等于焦距的两倍 -".q=$f  
Mx]![O.
ye  
K8R}2K-Y  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） nF)XZB0F  
bzC|aUGM  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 Z=|NoDZ  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） p!_3j^"{  
 离轴角决定了截切区域 M];?W  
`Vf k
.OP  
规格：参数概述（12° x 46°光束） c?/R=/H  
Pc:5*H  
   xis],.N  
-"9&YkN  
光束整形装置的光路图 T!F0_<  
';>A=m9(4%  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 bZKlQ<sI  
 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。 h't!1u  
yd>b2 M  
反射光束整形系统的3D视图 N6%wHNYZ  
)/vse5EG+  
xk/osbKn  
Fs}vI~}  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 7+Z%#G~T  
 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）。 <5t2+D]]}  
_=Eb:n+X  
详述案例 ?\.DG`Zxc  
NE1n9  
模拟和结果 q[ -YXO  
oj'a%mx  
结果：3D系统光线扫描分析 <} BuU!  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 KccIYn~  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 7/>#yR  
:5DL&,,Q3  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd Fo:60)
Lr  
.I#ss66h  
使用参数耦合来设置系统 iS@+qWo1  
}Tz<fd/  
u6lcl}'  
自由参数： M. o}?  
 反射镜1后y方向的光束半径  d H ;  
 反射镜2后的光束半径 pG-9H3[f#  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） m~;}8ObQE  
 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。 .gP}/dj  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 ri?k}XnhX  
eJ"je@vvrK  
v\}s(X(J  
3X>x`
  
RO!em~{D*  
~^<1k-  
; VH:dg  
自由参数： OC5\3H  
 反射镜1后y方向的光束半径 0tS< /G8  
 反射镜2后的光束半径 Pz77\DpFi  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） P~^VLnw  
 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。 S9mcThcZ  
e{6I-5`|,#  
.kf FaK  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 (M;jnQ0  
7mBH#Q)  
;_dOYG1  
结果：使用GFT+进行光束整形 RqU^Q*/sF
 
bZ-_Q  
8ZN"-]*  
g)`;m%DG6  
^/M-*U8ab  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 WFm\ bZ.  
{^V9?^?d (  
7 /7,55  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 7)zF8
V  
#KgDOCQH  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 /!A?>#O&.  
Bbj%RF2,  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： 
w'Vm'zo  
,
>Yl(=&  
2AdO   
'wT !X[jF  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd I3^}$#>  
jxdX
7aik  
结果：评估光束参数 vhE^jS<Tg  
CBKLct>  
UpFm3gKF  
 从生成的整形光束场分布，可以评估光束参数。 可以直接通过使用探测器界面实现。 HS@ EV iht  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M²值感兴趣。 4T??8J-J  
jzb%?8ZJ  
IY40d^x  
 整形光束在x和y方向上显示了一个几乎相同的半径。 发散角大约是4urad。 ESyb34T`  
 M²值明显高于1。（与理想高斯光束相比，高M²值是由光束偏离引起的） X4dxH_@  
\u$[$R5  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd Wo2W/{  
c_Lcsn  
光束质量优化 uFYcVvbT@  
y"T(Unvc  
h]>7Dl]  
 通常，使用合适的高斯调制光阑以用于优化M²值。 因此，我们使用测量的半径作为腰束半径（消除发散角）来生成一个高斯光束。 59#o+qo4  
 之后，将接收场转换成一个透射函数。 将该传输函数用作光阑（在一个透射函数元件中）。 ?8-ho0f0  
xtFGj,N  
结果：光束质量优化 EN/r{Cm$B  
epGC Ta  
)N3XbbV  
 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。 #t<  
QruclNW{Bv  
P<C=9@`!  
n%K^G4k^  
 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。） L]Dq1q8`  
e5$S2o~JF  
]Ei*I}  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd 36MNaQt'e  
,(;]8G-Yj  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 g@|2z
  
&j?+%Y1n@  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 a98J_^n  
:x3"Cj  
,lDOo+eE%:  
 这意味着参数变化是的正态 gaWJzK Yc_  
_V,bvHWlM  
[=]LR9c4  
&a!MT^anA~  
uJSzz:\  
 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。 zGtv(gwk  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 ?+G /5,e  
w&x$RP  
jK\AVjn  
vw6DHN
)k  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run qGdoRrp0Ov  
#c$z&J7e  
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） (>C$8)v  
agd^ga3  
oH;9s-Be  
0b}.!k9  
由于波前差和因此校准的偏差更大，M²值明显增加。可以使用高斯孔径来减少。 S*V!t=  
SNc$!  
总结 88On{Kk.v  
yY_#fJj  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 w5`EJp8MC  
1.模拟 \p#_D|s/Ep  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 MW|R)gt  
2.研究 >Xi/ p$$7u  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 IG90mpLX  
3.优化 H>
F j  
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。 .`jYrW-k  
4.分析 |#ZMZmo{  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 |ZG0E  
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。