[技术]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） ^J8sR4p#  
;%1ob f 89  
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 =5P_xQx  
QK5y%bTSA  
CS 7"mE`{  
67I6]3[Z  
简述案例 23/!k}G"  
(%fl  
系统详情 K8dlECy  
 光源 !b O8apn  
- 强象散VIS激光二极管 ]Q\Ogfjp  
 元件 :!a9|Fh~  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） Nxu10  
- 具有高斯振幅调制的光阑 E"Z9 NDgl#  
 探测器 9T47U; _)  
- 光线可视化（3D显示） 1i}Rc:  
- 波前差探测 \C3ir&  
- 场分布和相位计算 {IeW~S'&  
- 光束参数（M2值，发散角） \/jr0):  
 模拟/设计 @!\g+z_"  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 ]MkZ1~f7  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： A9!gww  
 分析和优化整形光束质量 j.$#10*:  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 O)MKEMuA  
LxkToO{  
系统说明 lrjlkgSN  
G7k0P-r,0  
6Q,-ZM=Z_p  
模拟和设计结果 d:0
RDK-}s  
O6P0Am7s  
数值探测器结果 v{ .-x\;  
09"C&X~  
pb`F_->uq  
sk~rjH]-g$  
nnmn@t(%r  
总结 DCb\=E  
%}cGAHV  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 %3'4QmpR  
1.模拟 L0SeG:  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 @<--5HbX  
2.评估 88}c+V+N!  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 sk!v!^\_r  
3.优化 [~bfM6Jw  
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。 |KF X0*70  
4.分析 4KE"r F  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 (y
E?)s  
|XxA Fje  
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。 * B,D#;6  
9^J8V]X  
详述案例 ]{
Vq;  
)J8dm'wH92  
系统参数 @L^2VVWk^  
\pZ,gF;y  
案例的内容和目标 l?~SH[V  
6\)61o_1|  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 %y33evX/B  
&R/)#NAp  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 L,.Ae i9  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 R8UtX9'*sa  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 $b\`N2J-_  
`CW8Wj  
模拟任务：反射光束整形设置 .ps'{rl8  
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。 Mw
@T!)(
 
?yzhk7j7  
?b2  
-;'8#"{`^  
A] pLq`  
7*y_~H  
规格：像散激光光束 zJ7vAL
  
w
ly#|  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 E\#hcvP  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 B2VC:TG>  
F{
J>=TC  
oC>e'_6_b  
)I{41/_YA  
*PE1)bF  
>|!F.W  
规格：柱形抛物面反射镜 ]uX'[Z}t  
                         0Psp/H%  
 有抛物面曲率的圆柱镜 MhNzmI&`  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 8I04Nx  
 曲率半径等于焦距的两倍 ;!&A  
p!>FPS  
mv%fX2.  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） DCM,|FE  
W$ #FM$U  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 .MMFN}1O  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） gxpR#/(E~  
 离轴角决定了截切区域 9=pG$+01OR  
5b3Wt
7  
规格：参数概述（12° x 46°光束） esx<feP)\  
+4f>njARIb  
   \v{tK;  
<i"U%Ds(  
光束整形装置的光路图 ,i#]&f`c;5  
f:\jPkf'  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 -fuSCj  
 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。 a \B<(R.  
CFAz/x@%  
反射光束整形系统的3D视图 ?JDZDPVJ)  
1w'iD X  
|/C>xunzz  
T{d7,.:  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 RK#e7  
 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）。 \ }>1$kH;  
o!^':mll  
详述案例 N,V%/O{Y  
NmYSk6kWJ  
模拟和结果 R<lj$_72Q  
q3JoU/Sf  
结果：3D系统光线扫描分析 >3s9vdUp4h  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 r<cyxR~  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 JYOyz+wNd  
n^'ip{  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd $Ll]h</Z  
D{I^_~-\5  
使用参数耦合来设置系统 ==`K$rM  
sh[Yu  
_C~e(/=z  
自由参数： xcwyn\93)  
 反射镜1后y方向的光束半径 EMzJJe{Cv  
 反射镜2后的光束半径 Ke,UwYG2~G  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） Y>geP+-  
 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。 )(TaVHJR  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 =_I2ek  
qY`)W[  
y_M<\b  
A U9Y0<  
R8P7JY[h  
BusD}9
QqB  
o$oW-U  
自由参数： SdBv?`u|g  
 反射镜1后y方向的光束半径 6|wiZw  
 反射镜2后的光束半径 b>=MG8  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） db$Th=s[  
 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。 `Gzuk
h  
DvHcT]l>5  
Z0g3> iItM  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 W_
9-JM(r  
\~d|MP}"F:  
{[hH: \  
结果：使用GFT+进行光束整形 5:/ zbt\C  
s$css{(ek  
r-v;A  
I-oI,c%+  
rlk0t159  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 Wk"4mq  
3P~I'FQ  
*,5V;7OR  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 n3t1'_/TU}  
_R<e
Wp  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 0b+OB pqN  
iM+K&\{_h  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： H|k!5W^  
h!ZEZ|{  
Ks.m5R  
=fG c?PQ  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd 0"7xCx  
Vd~{SS2>  
结果：评估光束参数 S`gUSYS"w  
L ?g|:  
k v1q\  
 从生成的整形光束场分布，可以评估光束参数。 可以直接通过使用探测器界面实现。 6Ae<W7  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M²值感兴趣。 *CZvi0
&  
EKoAIC*?p  
'#gd19#  
 整形光束在x和y方向上显示了一个几乎相同的半径。 发散角大约是4urad。 ,L%\{bp5  
 M²值明显高于1。（与理想高斯光束相比，高M²值是由光束偏离引起的） Wm$(b2t  
h~haA8i?{  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd aKXaor@0f.  
n_\VG[f  
光束质量优化 R}njFQvS)  
}VxbO8\b(  
Yn4c6K  
 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。 Ac;rMwXk#  
 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）。 FVM:%S JjT  
6wC|/J^  
结果：光束质量优化 yPrp:%PS  
FJKW=1=,  
7|LJwXQ-  
 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。 hNs970i  
HKr")K%  
#mwV66'
H  
w^MU$ubx  
 然而，光束半径是略有减少。（光束半径显示在最后一张幻灯片是由于其偏离了理想高斯。） z
JJ KLr;  
|P7c {  
d!kiWmw,  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd #A<|&#hh  
\~!9T5/*  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 KD?~ hpg  
iL(rZT&^  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 3"=%[  
%Z~,F?  
|d^r"wbs3  
 这意味着参数变化是的正态 {Ts@#V=:  
`3+yu' Q'  
U]j4Izq  
)R$+dPu>  
P\\4 w)C  
 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。 It'hmwu#  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 c#sPM!!  
V_f}Y8>e  
nM:e<`r  
pFi.
?|6"  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run =!7k/n';  
fy04/_,q  
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） xcdy/J&  
=g4^tIYq  

RG/M-  
#g[jwl'  
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。 &No6k~T0:b  
qS<a5`EA  
总结 a@`15O:  
L6`(YX.:  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 yoa"21E$  
1.模拟 3a PCi>i!_  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 Jj+|>(P  
2.研究 usEdp  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 dr0<K[S_  
3.优化 Nq'Cuwsp  
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。 J'^H@L/E  
4.分析 Kp?):6  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 USfpCRj9  
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。