[技术]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） >O5m5@GK3a  
~y$!48o  
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 cVwbg[W]  
$x6$*K(F  
Od?qz1  
QORN9SY  
简述案例 *GUAO){'  
Jdy=_88MD  
系统详情 +w8R!jdA  
 光源 *H[Iq!@  
- 强象散VIS激光二极管 QKE9R-KTE  
 元件 ]m#5`zGK1|  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） -TZ p FT"  
- 具有高斯振幅调制的光阑 2Dd|~{%  
 探测器 0R0{t=VJZ  
- 光线可视化（3D显示） 2m>-dqg  
- 波前差探测 N0>0z]4;q  
- 场分布和相位计算 m4:^}O-#  
- 光束参数（M2值，发散角） FWC5&
tM  
 模拟/设计 *z'yk*  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 wDwH.~3!  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： CB~Q%QLG  
 分析和优化整形光束质量 5b/ojr7  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 hAj1{pA,  
c)&>$S8*  
系统说明 TPE:e)GO  
z>R#H/h+  
_W3Y\cs,-  
模拟和设计结果 p*5\+WO>!(  
^2]LV
6I  
数值探测器结果 A>V
X*xd  
p h[\)  
MlW 8t[  
vEQ<A<[Z  
79=45'8  
总结 joul<t-  
)IT6vU"-yd  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 +%\oO/4Fs  
1.模拟 H.G!A6bd  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 #%@MGrsK  
2.评估 AnZclq
tb  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 AOrHU M[I  
3.优化 1nPZ<^A&@  
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。 [@fz1{*  
4.分析 H6aM&r9}  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 n-QJ;37\  
D=RU`?L  
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。 l.nH?kK<  
0@Kkl$O>mb  
详述案例
#=}$OFg  
woq)\;CK  
系统参数 69#8Z+dw7  
mDFlz1J,e  
案例的内容和目标 8&V_$+U  
H(Ms^8Vs~:  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 G%#05jH  
f=J<*h  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 bl/,*Wx:4.  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 /NF#+bx  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 1px\K8  
b]gY~cbI8  
模拟任务：反射光束整形设置 F=)eLE{W  
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。 j;K#]  
y|_Eu:  

*@ED}Mj+  
U\+&cob.  
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w-~U%  
;LJ3c7$@lf  
规格：像散激光光束 Y|0ow_oH  
*Zd84wRSj  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 LZ
*R[  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 |Y_ -  
e,A)U5X  
}1+%_|Y-E  
?TEK=mD#u  
bdh(WJh%  
,ZI\dtl  
规格：柱形抛物面反射镜 4}KU>9YRA  
                         TF
+ l5fv  
 有抛物面曲率的圆柱镜 J7-^F)lu-  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 l54|Q  
 曲率半径等于焦距的两倍 :XT?jdg  
g?qKNY  
EY>8O+  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） (&&87(  
e9u@`ZC07  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 $R{8z-,Q  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） .6T6 S v  
 离轴角决定了截切区域 -.vDF?@G  
F}ukZ DB  
规格：参数概述（12° x 46°光束） B!aK  
L~FTr  
   #w3ru6*W  
6*1$8G`$8,  
光束整形装置的光路图 _LfHs1g4
 
OKwOugi0  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 p4/$EPt)lY  
 因为离轴抛物面镜的位置是相对于它的焦点，那么到反射镜2的距离z必须是负的。
.?#uxd~>  
WO%h"'iJ  
反射光束整形系统的3D视图 & QZVq"  
@eQld\h'  
,9/5T:2  
`"y{;PCt_  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 ?=
|kC*$/G  
 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）。 Ht=$] Px  
S6 }
QFx  
详述案例 /! ^P)yU,  
j.c8}r&  
模拟和结果 C%H9[%k  
c"Y!$'|Q  
结果：3D系统光线扫描分析 8@7AE"  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 t;Wotfc[#0  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 -0~IY  
;A^K_w'  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd l`rC0kJ]  
XNmQ?`.2'  
使用参数耦合来设置系统 Lk(S2$)*  
Hql
5oA  
g{DFS[h  
自由参数： [n:PNB  
 反射镜1后y方向的光束半径 Ku%6$C!,  
 反射镜2后的光束半径 3YTIH2z5  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） rye)qp|  
 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。 >rR
f9wO1l  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 r>3^kL5UI  
F_PTMl=Q|J  
q,,j',8kq/  
T]2U fi.  
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e'(lQ6^  
<3#<I)#  
tBl#o ^  
自由参数： Zps&[;R$-  
 反射镜1后y方向的光束半径 rdI]\UH  
 反射镜2后的光束半径 2NR7V*A  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） Nu. (viQ}  
 基于光束发散角和直径（x和y方向）焦点，可以计算并设置反射镜的直径和距离z。 #uWE2*
')  
"#XtDpGk  
+v1-.z  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 9qeZb%r&  
a2 >[0_E  
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HiN  
结果：使用GFT+进行光束整形 .v7`$(T  
o_:Qk;t  
z_)`g`($  
>r:X~XnRUj  
=5_y<0`4  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 |B|@GF?:  
nhT;b,G.Z  
Mryn>b`cB  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 <rMv0y+r  
u[mY!(>nQ  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 4@~a<P#  
zW)gC9_|m-  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： a8NVLD>7}  
O"QHb|j  
CSH`pU  
;r@!a!NLB  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd GRQ_+K  
4a 4N C  
结果：评估光束参数 ~1d!hq?/q  
THr8o V5  
YME[%c2x  
 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。 =?+w)(*0c  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M²值感兴趣。 OgTSx  
o]p#%B?mZ  
skK*OO2-  
 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。 R%W@~o\p]  
 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） rkq)&l=ny  
.o"<N  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd %2zas(b9j  
}Qb';-+;d  
光束质量优化 9c6'  
86#-q7aX  
}"0{zrz  
 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。 BP:(IP!&  
 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）。 w=5
  
,y%ziay  
结果：光束质量优化 \"J?@  
ennR@pg  
\P5>{2i  
 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。 UIz:=DJ  
U~CdU  
+q l  
[Ek42%  
 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。） DQMPAj.  
SF"#\{cjj  
Jxn3$  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd \w3%[+c  
>eRZ+|k?N  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 fqN75['n  
PqVW'FYe  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。
KjBOjD'I  
keaj3#O  
&0JK38(  
 这意味着参数变化是的正态 k)|'JDm  
HLM
;EZ  
;m''9z)2  
{v,{x1  
' *}^@[&  
 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。 2+,5p  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 u]P03B  
C`3V=BB  
|.Em_*VG  
m$,cH>E  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run gm(De9u  
2YE7 23H=Z  
第一个随机公差的典型强度分布：（相应的均方根波前差：1.08λ，40.4λ，140λ） r)OO&. P@j  
{=s:P|ah  
ix^gA
ot  
tp%|AD"  
由于波前差和因此校准的偏差更大，M²值明显增加。可以使用高斯孔径来减少。 {K<uM'ww>  
H_Iim[v#  
总结 UlnyTz~  
8~.iuFp  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 ]7v81G5E  
1.模拟 PEfE'lGj  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 R$Zv0a&  
2.研究 #FEa 5  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 *wViH  
3.优化 zIP[R):3&U  
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。 Cy<T Vk8  
4.分析 {d^Q7A:`  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 G4O,^ v;Q  
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。