[技术]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） j@4AY}[tX  
:UDT! 5FNO  
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 MPI=^rc2  
NQ"`F,T  
K6X}d,g  
U-0A}@N  
简述案例 LCf)b>C*  
SFQYrY  
系统详情 F,'rW:{HMt  
 光源 =vc8u&L2
 
- 强象散VIS激光二极管 ~qj09  
 元件 :^[HDI-[2  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） !&b wFO>P  
- 具有高斯振幅调制的光阑 9/_F  
 探测器 e )?~  
- 光线可视化（3D显示） @x@*=  
- 波前差探测 ^qP}/H[QT  
- 场分布和相位计算 {'
e%Hx  
- 光束参数（M2值，发散角） /;rPzP4K6  
 模拟/设计 W`2Xn?g  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 Obb"#
W@3  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： y_e$W3bON,  
 分析和优化整形光束质量 wSwDhOX=  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 &)y$XsSMW  
m_pqU(sP  
系统说明 @;K-@*k3  
QaYUcma~n  
eG05}  
模拟和设计结果 MR{JMo=r  
LqA&@  
数值探测器结果 K6s%=.Zi(  
!|@hU/  
y +2  
swGp{wJ  
2MQ XtK  
总结 8\H*Z2yF+  
^+'[:rE  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 ~Y.I;EPKt  
1.模拟 yy*8Aw}  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 -fm1T|>#  
2.评估 {Jx-Zo>'  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 fKYRDGn  
3.优化 VsJ4sb7  
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。 ;p_@%*JAx  
4.分析 p6Ie?Gg  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 0!fT:Ra  

6 J B"qd  
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。 R5KOa
i!  
yJRqX]MLA  
详述案例 6";ew:Ih^  
*\!>22*  
系统参数 `EJ.L6j$'  

U-mZO7y!  
案例的内容和目标 7kDqgod^A  
}\$CU N  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 (.Th?p%>7  
r|,_qNrw  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 pcrarj  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 mN&B|KWU  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 N R0"yJV>  
fb*h.6^y9  
模拟任务：反射光束整形设置 :FN-.1C  
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。 #q mv(VB4  
J\%SAit@  
S8Ec.]T  
t3(~aH  
!-cK@>.pE  
m*f"Y"B.1I  
规格：像散激光光束
T?+%3z}8  
-2/&i  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 V<&^zIJUR  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 RoLN#  
h; "pAE  
dMlJ2\]u  
+ \jn$>E  
w =2; QJ<  
:6[G;F7s  
规格：柱形抛物面反射镜 JUpb*B_z  
                         -%)S~R  
 有抛物面曲率的圆柱镜 zc.r&(d  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 lK%)a +2  
 曲率半径等于焦距的两倍 R}E$SmFg  
y)K!l:X  
>z|bQW#2  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） O/b1^ Y   
nIEIb.-  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 K3.z>.F'h  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） "~:P-]`G  
 离轴角决定了截切区域 I1 +A$<Fa  
[R(dCq>  
规格：参数概述（12° x 46°光束） %$6?em_  
,~G:>q$ad  
   K +l-A>Ic  
"UUoT  
光束整形装置的光路图 ,:6.Gi)|  
@*&`1  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 b`fWT:?=  
 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。 $[U:Dk}  
6ee1^>  
反射光束整形系统的3D视图 UXPF"}S2
 
DCSmEy`.  
:qvA'.L/;z  
RHu4cK!5  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 orZwm9#].  
 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）。 v`\CzT  
5 D[`nU}  
详述案例 L~!Lq4]V\g  
C {G647  
模拟和结果 PnJA'@x  
*],=!  
结果：3D系统光线扫描分析 9/PX~j9O?  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 *(o^w'5  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 xzb{g,c   
xMA2S*%ca  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd "P!zu(h4  
0~Iq9}{*P  
使用参数耦合来设置系统 IXU~&5&J  
gJg%3K~,  
c|F26$rv  
自由参数： |]'gd)%S\  
 反射镜1后y方向的光束半径 3^`.bm4 ^  
 反射镜2后的光束半径 e/Y&d9` I  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） F> b<t.yV  
 由于功能原理，所有系统参数（距离，焦距，直径）可以由光束参数分析计算。 'e*:eBoyb  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 mMtva}=*  
:1gcLsF  
kPYQ
cOK8  
',s{N9  
fO}Y$y\q  
fl71{jJ_  
{PkPKp  
自由参数： ;5:3 =F>ao  
 反射镜1后y方向的光束半径 y<^hM6S?Z  
 反射镜2后的光束半径 Tl S904'  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） U(\ ^!S1  
 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。 DIWcX<s  
7,ffY/  
fvM|Jb  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 G\Q0{4w8  
p;rT#R&6>  
eXCH*vZY  
结果：使用GFT+进行光束整形 p}lFV,V  
18JAca8Zs  
x<>In"QV
 
(@cZmU,  
84y#L[  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 K~ VUD(  
=~ ="#  
to3D#9Ep  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 iYz!:TxP  
YvPs  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 O^4Ko}  
F2CoXe7  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： AjMx\'(C  
Y-G;;~  
/@9-D 4  
Hv .C5mo  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd z/t+t_y  
Z$ 6yB  
结果：评估光束参数 "%)^:('Ki  
Gu\lV c  
X-J<gI(Y  
 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。 <'<{|$Pw  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M²值感兴趣。 Z{ b($po  
>@StKj  
zP#%ya:I  
 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。 |d=MX>i|G  
 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） )Tj\ym-Vl  
3&7$N#v  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd ,XmyC7y<  
}~$96|J  
光束质量优化 m'ykDK\B  
ompkDl\E  
.RxAYf|  
 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。 VD-2{em  
 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）。 I:,D:00+  
(f?&zQ!+  
结果：光束质量优化 Dv[ 35[Yh  
i*Ee(m]I  
|csR"DOqz  
 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。 .+Fh,bNYK  
x@480r  
pTk1iGfB  
"+:~#&r  
 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。） ,MdK "Qa>  
^PI8Bvs>j  
l]v>PIh~N  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd ,1&</R_  
>6"u{Qmr  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 ({#M*=&"  
J,j!  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 I:G4i}mA  
h?ZxS  
iLD:}yK  
 这意味着参数变化是的正态 l:H}Y3_I  
p@+r&Mg%W"  
ds"q1  
BV01&.<|  
',P E25Z  
 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。 6!^&]4  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 vZl]C%  
}Pn]j7u!  
`@07n]KB  
FOx&'dH%@  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run Kt3]r:&J  
dCkk5&2n  
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） KWH l+pL  
xf]_@T;  
t\
%gP@?  
zs~v6y@  
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。 hbg:}R=B<  
I>(\B|\6  
总结  *c6o#[l  
5x:dhkW  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 ;5 JzrbtL  
1.模拟 :v>Nz7SB  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 j6_
tFJT  
2.研究 cq,0?2R`t  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 $'obj  
3.优化 }hy, }2(8  
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。 t/TWLhx/  
4.分析 z nxAP|  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 mWPA]g(  
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。