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    [技术]反射光束整形系统 [复制链接]

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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2023-03-30
    光束传输系统(BDS.0005 v1.0) xFyMg&  
    bF B;N+>  
    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 5i1>z{  
    )03.6 Pvs  
    T,H]svN5p  
    4&`66\p;  
    简述案例
    zb;2xTH+  
    dB_\,%vAd  
    系统详情 1J<-P9 vk+  
    光源 I s8|  
    - 强象散VIS激光二极管 ^g~-$t<!  
     元件 poXkH@[O  
    - 光束准直和整形的反射元件(例如圆柱抛物面镜) sPd5f2'  
    - 具有高斯振幅调制的光阑 6j` waK  
     探测器 A= ,q&  
    - 光线可视化(3D显示) !gT6S o  
    - 波前差探测 tQwbIX-7/  
    - 场分布和相位计算 ~zRW*pd  
    - 光束参数(M2值,发散角) [r]USCq  
     模拟/设计 d628@~ Ekn  
    - 光线追迹(Ray Tracing:):基本系统预览和波前差计算 R[_7ab]A  
    - 几何场追迹+和经典场追迹(Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing): oh:t ex<  
     分析和优化整形光束质量 Nwu#,f=X  
     元件方向的蒙特卡洛公差分析 +<3tv&"  
    ?]P&3UU>0z  
    系统说明 h\.UUC&<  
    5_`.9@eh.  
    ,,{Uz)>'W6  
    模拟和设计结果 kSI,Q!e\  
    PE4{;|a }  
    Sfvi|kZX  
    场(强度)分布                                   优化后
    数值探测器结果 lezdJ  
    $s) ^zm~  
    *$hO C%(  
    %!eK"DKG^  
    67n1s  
    总结 (Ojg~P4;&  
    &"L3U  
    实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 g`1*p|  
    1.模拟 g@1MIm c'!  
    使用光线追迹验证反射光束整形装置。 moc_}(  
    2.评估 ?=PQQx2_*u  
    应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 :b.#h7Qt<  
    3.优化 =B?uNoe  
    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。 ;>CmVC'/  
    4.分析 /}M@MbGMM  
    通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 !CsoTW9C:  
    Duz}e80  
    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。 !_c<j4O  
    E^|b3G6T  
    详述案例 IAtc^'l#  
    8`^I. tD  
    系统参数 ,q:6[~n  
    )@Bt[mfrVD  
    案例的内容和目标 PHz/^p3F  
    b%v1]a[  
    在BDS.0001,BDS.0002,BDS.0003和BDS.0004案例中,研究了折射光束传输系统。 ETtK%%F0  
    ; 4S#6#  
    \l]jX: 9(  
     目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 )Wc#?K  
     之后,研究并优化整形光束的质量。 ~ xXB !K~C  
     另外,探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 Xbap' /t  
    |5Z@7  
    模拟任务:反射光束整形设置 k:d'aP3  
    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。 v3hNvcMpf  
    ['sIR+c%'O  
    Bp4QHv9xqL  
    `N|WCiBV.  
    .oSKSld  
    CBO8^M<K  
    规格:像散激光光束 !'PPj_Hp]  
    |1t30_ /gS  
     由激光二极管发出的强像散高斯光束 %VwB ?  
     忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 N"2@y aN  
    w0 "h,{  
    `;i| %$TU  
    mX"z$  
    "e(OO/EZS  
    e"2 wXd_}  
    规格:柱形抛物面反射镜
    g\X"E>X  
                             L5e aQu  
     有抛物面曲率的圆柱镜 OP<@Xz  
     应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 RtF_p {s  
     曲率半径等于焦距的两倍 ~ae68&L6  
    VJ1si0vWtq  
    .Sb|+[{  
    规格:离轴抛物面圆柱镜(楔型) Y6g[y\*t  
    yqB{QFXO  
     对称抛物面镜区域用于光束的准直 G19FSLrtA  
     从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜(楔型) {Y IVHl  
     离轴角决定了截切区域 ;rk}\M$+  
    =D3Y q?  
      
    规格:参数概述(12° x 46°光束) ;9;.!4g/T  
    5 bMVDw/  
       "qwRcuHY  
    iVmf/N@A|  
    光束整形装置的光路图 hbN*_[  
    ~A"ODLgU9  
    N*@bJ*0  
     由于VirtualLab的相对坐标系统,则仅需设置z方向的距离。 $`]<4I9d  
     因为离轴抛物面镜的位置是相对于它的焦点,那么到反射镜2的距离z必须是负的。 TmO\!`  
    FJ#V"|}  
    反射光束整形系统的3D视图 ?(ks=rRK  
    lW7kBCsz#  
    <G6wpf8M  
    17nWrTxR$  
    光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 EB>laZy>  
     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)。 ,`H=%#  
    )zr/9aV  
    详述案例 ( 6r9y3'  
    />+JK5  
    模拟和结果 J }JT%S W  
    M0_K%Z(zaR  
    结果:3D系统光线扫描分析 Y B)1dzU  
     首先,应用光线追迹研究光通过光学系统 I ][8[UZ  
     使用光线追迹系统分析仪进行分析。 nA+[[(6  
    f~"3#MaV  
    file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd ^\_`0%`>  
    1!=$3]l0Lj  
    使用参数耦合来设置系统 AKL~F|t  
    s31^9a  
    ~r|.GY  
    自由参数: rytizbc  
     反射镜1后y方向的光束半径 V ;>{-p  
     反射镜2后的光束半径 {J|P2a[  
     视场角,这决定了离轴取向(这些值保存为全局变量) 1 w\Y ._jK  
     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。 kv)LH{  
     对于此计算,应用了嵌入的参数耦合功能。 WhK?>u  
    d6(qc< /!r  
    ,[~Ydth  
    p>R F4  
    )Cx8?\/c=x  
    kqHh@]Z0'  
    RV&2y=eb  
    自由参数: vy-{BH  
     反射镜1后y方向的光束半径 5%G++oLXf  
     反射镜2后的光束半径   I]  
     视场角,这决定了离轴取向(这些值保存为全局变量) &I d ^n  
     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。 6x -PGq  
    #=$4U!yL  
    V <k_Q@K  
     如果这个例子评估20个参数,那么返回到光路图(LPD)。 ]kc_wFT<  
    3ON]c13  
    $H5PB' b  
    结果:使用GFT+进行光束整形 `cZG&R  
    R HF;AX n  
    h8S%Q|-  
    RRq*CLj  
    %/U Q0d~b  
     现在,利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 s?_b[B d  
    ~=#jO0dE|  
    ` 6"\.@4  
     由于离轴设置,光线分布显示出轻微的不对称形状。 +>I4@1qC-|  
    6aK%s{%3s  
     不过,场分布几乎是对称的(最好是使用伪色(false colors))。 w.0.||C O  
    (EohxLl!p  
     产生的相位是完全平坦的,产生的波前误差: `knw1,qL"  
    sCnZ\C@u  
    bfa5X<8  
    e HOm^.gd  
    file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd JWxPH5L  
    `SIJszqc  
    结果:评估光束参数 <[pU rJfTr  
    29Gej Lg |  
    =z@'vu$Fh  
     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。 Ufo- AeQo  
     在这个例子中,我们对光束半径,发散角和M²值感兴趣。 pp{%\td  
    Sb{S^w\m0  
    t+?\4+!<  
     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  
     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) G\P*zz Sq  
    1B WuFYB  
    file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd =%RDT9T.  
    zV2c `he%z  
    光束质量优化 hSg: Rqnk  
    |-e=P9,  
    +rql7D0st  
     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。 E!Ng=}G&_  
     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)。
    4&&j7$aV  
    NgH%  
    结果:光束质量优化 tKJ) 'v?  
    |E?%Cj^W  
    bz>#}P=58G  
     由于通过高斯孔径传播,光束显示出理想高斯形状。 因此,M²值在两个方向上几乎都是1。 fnXl60C%  
    #}jf TM  
    4Uwt--KtFh  
    AV8TP-Ls+  
     然而,光束半径是略有减少。(光束半径显示在最后一张幻灯片是由于其偏离了理想高斯。) xt`znNN  
    50'6l X(v,  
    5hDE&hp  
    file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd p=r{ODw#3  
    s5z@`M5'm  
    反射镜方向的蒙特卡洛公差 rP3)TeG6  
    e`_3= kI  
     对于公差,在随机模式下我们使用参数运行特性。 O&X-)g=  
    9ge$)q@3  
    j}ruXg  
     这意味着参数变化是的正态 Wh4lz~D\@  
    fc\hQXYv  
    Bq2}nDP  
    dm.3.xXq  
    :Mt/6}  
     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。 rAQ^:q  
    这意味着,波前对对齐误差很敏感。 =]Ek12.  
    d&U;rMEv  
    m<076O4|`  
    oiR` \uY  
    file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run jEI!t^#  
    lL83LhE}<  
    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)  x'  
    ry U0x  
    "/\:Fdc^  
    ,f1+jC  
    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。 "n05y}  
    o-(jSaH :;  
    总结 2OZdj  
    2 na8G  
    实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 =RV$8.Xp  
    1.模拟 &!_Ko`b8K  
    通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 %_3{Db`R>  
    2.研究 {`}RYfZ  
    为了计算场分布和评价光束参数,应用几何场追迹+(GFT+)引擎。 )<~b*^kl\  
    3.优化 m.4y=69 &  
    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。 q|6lw 74`  
    4.分析 7"S|GEs:  
    通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 .II'W3Fr  
    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。
     
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