[技术]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） C_'Ug  
`33h4G  
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 hr]NW>;  
3=;iC6 `  
Mc76)  
*pI3"_  
简述案例 H+*o @0C\~  
9RR1$( f  
系统详情 eZP"M6  
 光源 -*?a*q/#nQ  
- 强象散VIS激光二极管 173/A=]  
 元件 hnE@+(d=qJ  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） ,JVD ;u  
- 具有高斯振幅调制的光阑 >@ge[MuS  
 探测器 <V>vDno\  
- 光线可视化（3D显示） n%"s_W'E  
- 波前差探测 W P.6ea7k  
- 场分布和相位计算 of{wZU\J+9  
- 光束参数（M2值，发散角） rBgLj,/`U/  
 模拟/设计 Fnll&TF  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 nM}X1^PiK"  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： EZBk;*=B  
 分析和优化整形光束质量 =>ph\  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 O a-ZeCq  
NUx%zY  
系统说明 `<\AnhNW]I  
"d.qmM  
2v%~KV  
模拟和设计结果 ,h>0k`J:a  
b/O~f8t  
数值探测器结果 ,gkxZ{Eh  
JrCm >0g  
i]F,Y;&|  
^>k[T.  
T4\,b  
总结 $?;aW^E  
=xa`)#4(  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 % YU(,83(+  
1.模拟 5QMu=/  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 >`s2s@Mx  
2.评估 *K m%Vl  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 (*"R"Y  
3.优化 H!oP!rzEo  
利用一个具有高斯形状孔径函数的光阑和经典场追迹引擎来优化M2参数。 0XXu_f@]9  
4.分析 CS6,mX  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 v*]|1q%/  
O]lWaiR`  
对于复杂的光束整形装置，特别是离轴系统，可以使用VirtualLab来进行高效的模拟和分析。模拟过程中，根据情况应用不同的模拟引擎。 Xg.\B1d  
Hh54&YKZ  
详述案例
.c~;/@{  
:5h&f  
系统参数 
G%rK{h  
D97oS!*  
案例的内容和目标 j:]/AReOL  
,bJZs-P0  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 O!/J2SfuDH  
E: XzX Fxx  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 [ &R-YQ@  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 J/RUKhs/  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 #2x\d  
MLa]s* ; d  
模拟任务：反射光束整形设置 {b]WLBy  
引入的反射光束整形装置是基于一个反射镜系统，此系统由两个抛物面圆柱反射镜镜与抛物面截面反射镜组成。焦点距离和镜子的位置取决于输入光束的发散角。 T6AFwo,Q  
u%h]k ,(E  
Rn-L:o@?  
G^ n|9)CVW  
1Pn!{ bU3@  
jC;XY!d6  
规格：像散激光光束 > -k$:[l  
Ct #hl8b:  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 6OIA>%{  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 F"a,[i,[W  
0jj }jw  
PjRKYa_U  
LH<--#K  
5#WZXhlc}  
CEI#x~Oq  
规格：柱形抛物面反射镜 mN~;MR;  
                         5/neV&VcB  
 有抛物面曲率的圆柱镜 SM0
=  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 0/-[k  
 曲率半径等于焦距的两倍 i-tX5Md|  
d{9jd{ _#G  
:Wb+&|dU  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） ]RGun GJ  
c3K(mM:  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 Z>Sv[Ec  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） ?WUu@Z  
 离轴角决定了截切区域 G0a
UZCw  
]+fL6"OD/2  
规格：参数概述（12° x 46°光束） zb:p,T@5  
NhpGa@[D  
   Vf O0 z5&  
Yckl,g_  
光束整形装置的光路图 V{c n1Af  
.,tf[w 71  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 xr.fZMOh4  
 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。 :)mV-(+o  
ob-be2EysH  
反射光束整形系统的3D视图 m#'u;GP]k  
$Fr$9 jq&  
+O\6p  
L(AY)gB  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 ]6}|X#_  
 绿线表示生成的光轴，由VirtualLab的基础定位方法生成（仅仅设置了距离z和倾角）。 b\6w[52m  
3osAWSCEL  
详述案例 C2DNyMu  
MPNBA1s  
模拟和结果 se7_:0+w  
\s+<
w3  
结果：3D系统光线扫描分析 %Z.>)R4  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 qmJFXnf  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 rS6iZp,  
a-8~f8na{(  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd [+ 1([#  
uXtfP?3Vy  
使用参数耦合来设置系统 Rp9uUJ 6o  
\XmtSfFC  
H^'EY:|  
自由参数： /AW6XyMD_  
 反射镜1后y方向的光束半径 KRm4r  
 反射镜2后的光束半径 C.(<KV{b  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） ygT,I+7\  
 由于功能原理，所有系统参数（距离，焦距，直径）可以由光束参数分析计算。 vhKeW(z  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 :t9(T?2  
S@Jl_`<  
*>Om3[D  
31J7# S2  
(
Tc 
~  
o$Hc5W([Z  
kA\;h|Y3  
自由参数： 2lXsD;[  
 反射镜1后y方向的光束半径 sOVaQ&+y  
 反射镜2后的光束半径
kD"dZQx  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） 0H;dA1
  
 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。 1AA(qE  
)e]:T4*vo  
m,]Tl;f  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 $c  f?`k  
dI'C[.zp[  
}2DeqY  
结果：使用GFT+进行光束整形 \h_hd%'G  
(?q]E$ @  
vWzNsWPK"{  
0*q~(.>a  
RwT.B+Onuy  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 NL2n\%n  
b\H(Lq17  
E/AM<eN  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 I]ywO4  
]:]2f9y  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 rPr#V1}1a  
?mgr#UN  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： <%) :'0q&  
OM2|c}]ZQ  
c3oI\lU  
EL~s90C  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd z,/dYvT<  
$W
` &7  
结果：评估光束参数 N9{ivq|fO  
v-OGY[|97  
nLT]'B]$+  
 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。 2NE/ZqREg  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M²值感兴趣。 _H:SoJ'  
5nf|CQH6?  

C|z`hNp  
 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。 w_A-:S 5C
 
 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） 7+=j]+O  
T /[)U  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd Zj`eR\7~  
c WK@O>  
光束质量优化 4+l7v?:Pr  
9HP)@66  
t"RgEH@  
 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。 gU+BRTZ&x  
 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）。 0!+ab'3a  
9chiu%20  
结果：光束质量优化 0Dh a1[=  
*4A.R&Vu  
;x+4jpH]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。 u%ih7v!r\  
D.$EvUSK<.  
!M3Iu
DN  
t@)~{W {  
 然而，光束半径是略有减少。（光束半径显示在最后一张幻灯片是由于其偏离了理想高斯。） hhYo9jTHW  
Nnv&~D>  
S7N54X2JwL  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd ) e;F@o3  
nJ2l$J<  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 U.>n]/&  

rr9HC]63  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 Q5ohaxjF  
E7*1QR{Q  
eaF5S'k 4$  
 这意味着参数变化是的正态 Wy4v~]xd%  
HJ_xg6.x  
73N%_8DH  
7d'@Z2%J0  
PB }$.8  
 对于这个例子，假设每个反射镜都有±0.1°的角度偏差（绝对的方向）。 由于这个偏差，整形光束的波前差明显增加。 ,QG,tf?  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 )xTp7YnZ;  
S0p]:r";x  
r Ld,Izi  
N}Q,  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run -4GSGR'L&y  
(S9"(\A  
第一个随机公差的典型强度分布：（相应的均方根波前差：1.08λ，40.4λ，140λ） ts9N$?0:V  
"q]v2t  
@h^5*M  
1l1
X1  
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。 {9C(\i +  
fI}-?@  
总结 ;{HxY98Q  
m=%W<8[V  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 .:<c[EJ b  
1.模拟 Of:e6N  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 oZOFZ-
<  
2.研究 +cjNA2@  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 CR, Y%0vQ  
3.优化 :%!SzI?  
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。 _Zb_9&  
4.分析 &dOV0y_  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 X}p4yR7'  
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。