[技术]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） 5.Nc6$ N  
`C*psS  
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 "? 5@j/ e`  
Eo<N  
6bpO#&T  
d^aLue>g;+  
简述案例 LtDGu})1  
!xC IvKW  
系统详情 G'_5UP!  
 光源 kgFx  
- 强象散VIS激光二极管 v kW2&  
 元件 N!af1zj  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） tjDCfJx*  
- 具有高斯振幅调制的光阑 &,=t2_n  
 探测器 kkV*
#IZ  
- 光线可视化（3D显示） qzE -y-9@  
- 波前差探测 vau#?U".}>  
- 场分布和相位计算 IqjH  
- 光束参数（M2值，发散角） q9m-d-!)  
 模拟/设计 3%V VG~[  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 X&Pj  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： p( [FZ  
 分析和优化整形光束质量 }zwHUf9q1  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 hjoxx F\
_  
+ gP 4MP  
系统说明 ca!x{,Cvnj  
'miY"L:| O  
'y:+w{I2o  
模拟和设计结果 OD1>s6uA7  
eRwm>l"fVV  
数值探测器结果 [yfi:|n1  
U3ao:2zP  
~]lVixr9  
y{uN+QS  
DWar3+u&0  
总结 Vbpt?1:  
]g0\3A  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 "+ 8Y{T  
1.模拟 F$&{@hd  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 dpcFS0  
2.评估 6 g`Y~ii  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 w^aI1M50  
3.优化 )3KQ QGi8  
利用一个具有高斯形状孔径函数的光阑和经典场追迹引擎来优化M2参数。 j.y
8H  
4.分析 79Si^n1\  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 D|R,$v:  
}c0EGoU}?  
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。 .R>4'#8q  
n g?kl|VG  
详述案例 !8i[.EAT  
\HZ]=B#0  
系统参数 C
Ejf&n  
/\1MG>#K  
案例的内容和目标 vL:tuEE3  
LTc=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。 zkRL'-  
X`FFI6pb  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 F~_)auH  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 Yv[j5\:x  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 ^qlfdf  
an9k2F.)  
模拟任务：反射光束整形设置 D%k]D/  
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。 $Sfx0?'  
.V:H~  
e^ygQ<6%  
XN1\!CM8  
m"Y|xvIA  
?
~>#(Q  
规格：像散激光光束 27!9LU  
OCVF+D :  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 tag~SG`ov  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 :. ja~Q  
]B"YW_.x2  
%SJ9Jr,  
GGR hM1II  
_U`_;=(  
oAgO3x   
规格：柱形抛物面反射镜 On{p(|l  
                         J~[A8o  
 有抛物面曲率的圆柱镜 `II/nv0jn  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 $|yO mh  
 曲率半径等于焦距的两倍 s1eGItx[w  
#D-L>7,jA  
Iv5agh%  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） ?u9JRXj%  
_XqD3?yH4  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 . !|3a  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） `/mcjKQ&9y  
 离轴角决定了截切区域 aT %A<'O!  
StP7t  
规格：参数概述（12° x 46°光束） i2EXE0;  
J c~{ E  
   ]`2=<n;=  
)"IBw0]  
光束整形装置的光路图 p/a)vN+*x'  
T*%Q s&x;  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 /k(KA [bS  
 因为离轴抛物面镜的位置是相对于它的焦点，那么到反射镜2的距离z必须是负的。 t(|\3$z  
kR0d]"dr  
反射光束整形系统的3D视图 prC1<rm  
Q`dzn=  
gt
1W_C\  
XD8MF)$9  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 rN'')n/F  
 绿线表示生成的光轴，由VirtualLab的基础定位方法生成（仅仅设置了距离z和倾角）。 _[,oP s:+  
VHJ-v!  
详述案例 oD]riA>jC  
4q`$nI Bi  
模拟和结果 Olg@ Ri  
Qifjv0&;u  
结果：3D系统光线扫描分析 *jps}uk<  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 <xm>_~,w  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 YJlpP0;++  
d5zF9;[  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd _z<y]?q  
 lqO"  
使用参数耦合来设置系统 3@r_t|j  
CV~\xYY  
0{/P1  
自由参数： l;I)$=={=  
 反射镜1后y方向的光束半径 ==[a7|q  
 反射镜2后的光束半径 8\BCC1K  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） ZX0ZN2 ]  
 由于功能原理，所有系统参数（距离，焦距，直径）可以由光束参数分析计算。 )19As8rL/o  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 cC.=,n  
mr+J#  
HCh;Xi  
XCNfogl  
tp='PG.6  
b5
hJaXJN  
8:%=@p>$  
自由参数： ZI q!ee  
 反射镜1后y方向的光束半径 +X4O.6Mn  
 反射镜2后的光束半径 :&#HrD[KT  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） sbZ$h <  
 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。 &R54?u^A  
vV.TK_y  
 q$$:<*Uy  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 -uDB#?q:W  
a}Db9=  
}E5oa\1u  
结果：使用GFT+进行光束整形 sE4=2p`x  
gW
o`i  
W|K"0ab  
?j^[7  
'/^bO#G:  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 <MhjvHg  
/P~@__XN  
#"^F:: b-  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 <_HK@E<_HO  
\bze-|C  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 CKShz]1  
i<N[sO  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： `mro2A  
m>
C}T  
$]4>;gTL'  
4J=6A4O5Z  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd )$#]h
]ac  
'iM;e K  
结果：评估光束参数 |s&jWM$  
wN[mU  
bWN%dn$$M  
 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。 WPBn?vb0<  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M²值感兴趣。 {Mc^[}9  
MP|J 0=H5  
Q:I2\E  
 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。 2%YtMkC5  
 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） ;b=3iT-2"  
2s{PE  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd nezdk=8J/  
cd8~y  
光束质量优化 j9zK=eG  
H6ff b)&  
I\JJ7/S`t  
 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。 3[kY:5-  
 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）。 2
ZMYA=[!  
<eU28M?\  
结果：光束质量优化 8}m bfuo1  
`=A*ei5  
k r0PL)$  
 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。 a+$WlG/x  
G1 ?."  
+*2wGAT  
2c>eMfa  
 然而，光束半径是略有减少。（光束半径显示在最后一张幻灯片是由于其偏离了理想高斯。） E DuLgg@  
ng]jpdeA  
^dB~#A1  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd >
}#h  
d52l)8  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 'p=5hsG  
D9H(kk  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 lv_|ws  
Vv=/{31  
d,}fp)  
 这意味着参数变化是的正态 B4
^+&B#  
vn"2"hPF|  
~~[Sz#(  
{HKd="%VG  
`UFRv  
 对于这个例子，假设每个反射镜都有±0.1°的角度偏差（绝对的方向）。 由于这个偏差，整形光束的波前差明显增加。 (0s7<&Iu  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 Nx~9Ug  
6X(Yv2X&4%  
-%]O-'  
rzJNHf=FVY  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run ZV}"k_+-  
5y7rY!]Bf  
第一个随机公差的典型强度分布：（相应的均方根波前差：1.08λ，40.4λ，140λ） 9-;ujl?{  
fY@Y$S`Fh  
3w
9j~s  
'P{0K?{H-4  
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。 ;Ee!vqD2  
T9r
"vw  
总结 Dm=t`_DL8  
:34#z.O  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 ^R* _Q,o#  
1.模拟 aY8"Sw|4  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 0z) 8i P  
2.研究 2Y_ `&  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 -x~h.s,  
3.优化 >r%L=22+  
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。 V{17iRflf  
4.分析 F&US-ce:M  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 !@mV$nTA  
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。