[技术]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） cvC;QRx  
1'd "O @  
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 !^N/n5eoz  
>!oN+8[~  
Na`qAj}  
 CZuxH  
简述案例 $Qm;F% >  
^*0;Z<_  
系统详情 {6KU.'#iF  
 光源 s_kI\w4(x1  
- 强象散VIS激光二极管 -Rf|p(SJ,E  
 元件 ]]]7"a  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） ~\Ynih  
- 具有高斯振幅调制的光阑 #AY+[+  
 探测器 !k[zUti  
- 光线可视化（3D显示） z1"UF4x*  
- 波前差探测 GRs;-Jt  
- 场分布和相位计算 5}By2Tx  
- 光束参数（M2值，发散角） 7kb`o y;(^  
 模拟/设计 *JDc1$H0  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 NyGF57v[M  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： ~PV>3c3l=  
 分析和优化整形光束质量 5=
F-^  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 CZ0 {*K:  
:<jf}[w!  
系统说明 g_}@/5?y  
6)?TWr'Ke  
1%+0OmV&  
模拟和设计结果 ,=
 PDL  
'fgDe  
数值探测器结果 !KF;Z|_(
I  
{=(4  
5 )C~L]  
G{s ,Y^  
w%$n)7<*  
总结 >U}~Hv]  
IAtZ-cM<  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 aNwDMd^+  
1.模拟 8cd,SQ}y  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 Kp99y  
2.评估 2L\h+)  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 xr=f9?%R  
3.优化 A^m hPBT_  
利用一个具有高斯形状孔径函数的光阑和经典场追迹引擎来优化M2参数。 -ss2X  
4.分析 jrW7AT)\  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 %?cPqRHJ ~  
v(0vP}[Q7E  
对于复杂的光束整形装置，特别是离轴系统，可以使用VirtualLab来进行高效的模拟和分析。模拟过程中，根据情况应用不同的模拟引擎。 |g9^]bT  
Pgo5&SQb  
详述案例 kBT cND|  
H11Wb(6Wu  
系统参数 Kzmgy14o  
-Wig k['v  
案例的内容和目标 `W/6xm(X5;  
'|+_~ZO*d  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 j^k{~]+_^]  
O8lOr(|l  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 K}zw%!ex  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 `ybZE+S.  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 44]ae~@a  
|)lo<}{  
模拟任务：反射光束整形设置 :Rq D0>1  
引入的反射光束整形装置是基于一个反射镜系统，此系统由两个抛物面圆柱反射镜镜与抛物面截面反射镜组成。焦点距离和镜子的位置取决于输入光束的发散角。 [C&c;YNp  
q8p 'bibY  
=];FojC6I  
h0gT/x  
Fl O%OD  
NfSe(rd  
规格：像散激光光束 XYn$yR\dj  
 $SDx) '!  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 a( qw  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 ?@XO*|xkSk  
6yR7RF}  
Oll\T GXP!  
v14[G@V~\  
bv] ZUF0  
cEN^H  
规格：柱形抛物面反射镜 q}8R>`Z{  
                         </}[x2w?]  
 有抛物面曲率的圆柱镜 Z# :Ww  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 B^OhL!*tI  
 曲率半径等于焦距的两倍 f"-?%I*'  
Di L@NU!$q  
F |GWYw'%  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） t9=rr>8)  
fL@[B{XMM  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 lyT~>.?{  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） 8Ej2JMc  
 离轴角决定了截切区域 oo qNPLa  
[~;9Mi.XL  
规格：参数概述（12° x 46°光束） >sP;B5S  
Z2ZS5a  
   d2(n3Xf  
4v{gc/g  
光束整形装置的光路图 )9*-Q%zc  
T|=8jt,  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 R"tLu/Sn  
 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。 +F@9AO>LF  
Rk'pymap  
反射光束整形系统的3D视图 2qEy"DKu  
i\3
`?d  
?2i``-|Wa  
v<c8qg  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 mjw:Z,  
 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）。 )D@ NX/}  
YS/DIH{9e  
详述案例 2#rF/!`^  
VMNih
x0FJ  
模拟和结果 7N:,F9V<  
5bAy@n  
结果：3D系统光线扫描分析 >Rr]e`3wG  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 9
SU;c l  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 ed617J  
/2YI!U@A  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd uYs+xX
_  
8L&#<Ol  
使用参数耦合来设置系统 w+JDu_9+A]  
l
T%o6qgT  
{% ;tN`{M  
自由参数： R[9[lQ'vR  
 反射镜1后y方向的光束半径 }96^OQPE  
 反射镜2后的光束半径 h-6kf:XP%  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） =XqmFr;h  
 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。 P>)qN,a  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 H*!E*_  
"eBpSV>nnQ  
2"13!s  
HtXzMSGo7  
k6$.pCH6  
X${k  
+.zriiF]i  
自由参数： Bf8 #&]O  
 反射镜1后y方向的光束半径 tQ*5[F,fm  
 反射镜2后的光束半径 )K%AbKn  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） zHyM@*Gf(  
 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。 ] @IzJz"R  
Of-l<Ks\  
p6sXftk  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 \`x
$@s?  
rFGbp8(2  
XC~
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结果：使用GFT+进行光束整形 0*+i~g,Kl@  
Yz[^?M%(D  
dMYDB  
mhVSZhx|  
S\mh{#Lpk  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 j]YS(Y@AY  
O$KLQ'0"n  
6=iz@C7r  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 *Z<`TB)<X  
>12phLu  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 |tyVC=${  
7mt;qn?n  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： ]^E<e!z={$  
xa??OT`(  
M"1}"ex#  
tpU[KR[
-  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd a!]'S4JS  
>q"mI6F  
结果：评估光束参数 E]i3E[T  
,d$V-~2,  
~CQsv`
 
 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。 7$Jb"s  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M²值感兴趣。 1o V\QK&  
%?^IS&]Z  
IyOb0WiEj  
 整形光束在x和y方向上显示了一个几乎相同的半径。 发散角大约是4urad。 }f/ 1  
 M²值明显高于1。（与理想高斯光束相比，高M²值是由光束偏离引起的） t[Qf|#g  
S&q@M  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd 9-5H~<}fF  
]oU
vC  
光束质量优化 +coVE^/w  
**N{XxdN  
>;LXy  
 通常，使用合适的高斯调制光阑以用于优化M²值。 因此，我们使用测量的半径作为腰束半径（消除发散角）来生成一个高斯光束。 /0A9d-Qd<  
 之后，将接收场转换成一个透射函数。 将该传输函数用作光阑（在一个透射函数元件中）。 )w4i0Xw^C:  
'pa[z5{k+  
结果：光束质量优化 Y{ijSOl3  
gY|f[M|  
UP'~D]J  
 由于通过高斯孔径传播，光束显示出理想高斯形状。 因此，M²值在两个方向上几乎都是1。 Y23- Im  
*eK\W00  
>k }ea5+  
%-1-y]R|  
 然而，光束半径是略有减少。（光束半径显示在最后一张幻灯片是由于其偏离了理想高斯。） ^ ~'&K e  
G)t_;iNL|  
,1&Pb %}  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd L7VDZCV  
q!iSY  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 Vsw]v  
]{^'{z$i  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 KPHtD4  
MVP|l_2!  
G9v'a&  
 这意味着参数变化是的正态 D`d*bNR
  
&6wD  
w`KqB(36  
4&N#d;ErC  
PDQEI55  
 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。 kD;1+lNz  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 Bie#GKc  
H{M7_1T  
1*U)\vK~  
>-oB%T
 
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run x$hhH=  
GBeWF-`B  
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} {z7[  
C-h9_<AwJQ  
#K#BNpG|  
2i0 .x  
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。
 R.x^
  
x%_VzqR`  
总结 # RoJD:9  
$/p0DY  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 !WSY75  
1.模拟 Lh@0|k  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 ;*u"hIl1/  
2.研究 76::X:76  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 amTeTo]Tg  
3.优化 _ck)yY?7  
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。 \rj>T6  
4.分析 *qa.hqas  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 r{cmw`WA/P  
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。