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    [技术]反射光束整形系统 [复制链接]

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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2023-03-30
    光束传输系统(BDS.0005 v1.0) 4r7F8*z  
    Rlk3AWl2u  
    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 babL.Ua8o  
    %L*EB;nK  
    E&zf<Y  
    <+g77NL  
    简述案例
    05R"/r*  
    yy=hCjQ)  
    系统详情 =~hb&  
    光源 38p"lT  
    - 强象散VIS激光二极管 TLVsTM8 P  
     元件 QF/_?Tm4  
    - 光束准直和整形的反射元件(例如圆柱抛物面镜) G |KA!q  
    - 具有高斯振幅调制的光阑 i,r:R g~  
     探测器 ` = O  
    - 光线可视化(3D显示) BYXc 'K  
    - 波前差探测 fV|uKs(W  
    - 场分布和相位计算  x)Bbo9J  
    - 光束参数(M2值,发散角) #4O4,F>e  
     模拟/设计 8#yu.\N.xt  
    - 光线追迹(Ray Tracing:):基本系统预览和波前差计算 h8asj0  
    - 几何场追迹+和经典场追迹(Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing): Pd~=:4  
     分析和优化整形光束质量 P.XT1)qo*  
     元件方向的蒙特卡洛公差分析 @d0f+9d  
    O*l,&5  
    系统说明 ;,[0bmL  
    {WrEe7dLy  
    [w'Q9\,p  
    模拟和设计结果 iVn4eLK^v  
    * ) <+u~  
    XqmB%g(  
    场(强度)分布                                   优化后
    数值探测器结果  C7ivA h  
    {IJ;)<>&VE  
    E+O{^C=  
    'c7nh{F  
    aYaEy(m  
    总结 Pj <U|\-?  
    uKP4ur@1  
    实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 uL/wV~g  
    1.模拟 _GG\SWm  
    使用光线追迹验证反射光束整形装置。 Ah wi  
    2.评估 >;I8w(  
    应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 %m |I=P  
    3.优化 A+RW=|:  
    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。 r)5xS]  
    4.分析 (L*GU7m;  
    通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 ?"9h-g3`x}  
    >NBc-DX^  
    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。 {1OxJn1hd  
    C12UZE;  
    详述案例 eZPeyYX  
    gQ{ #C'  
    系统参数 .U0Gm_c0  
    p3U)J&]c6  
    案例的内容和目标 JPqd} :u3  
    r& a[ ?  
    在BDS.0001,BDS.0002,BDS.0003和BDS.0004案例中,研究了折射光束传输系统。 VhkM{O  
    <l5i%?  
    +=8wZ]  
     目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 >4X2uNbZS  
     之后,研究并优化整形光束的质量。 JI-i7P  
     另外,探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 58s-RO6  
    cb9-~*1  
    模拟任务:反射光束整形设置 _cs(f<>oCO  
    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。 ;98&5X\u<  
    TF/NA\0c$  
    O%T?+1E  
    o%?)};o  
    $z%(He  
    !vgY3S0?rq  
    规格:像散激光光束 DU%E883  
    V8M()7uJ  
     由激光二极管发出的强像散高斯光束 0P5VbDv$r7  
     忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 WVa%<  
    P5<9;PPbZ  
    +^Xf:r` G  
    )*BZo>"  
    "#O9ij  
    .#QE*<T)]  
    规格:柱形抛物面反射镜
    dBXiLrEbs  
                             B"&-) (  
     有抛物面曲率的圆柱镜 s6|'s<x"j  
     应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 2PlhnUQ7  
     曲率半径等于焦距的两倍 YcobK#c  
    0DicrnH8  
    3<^Up1CaZ  
    规格:离轴抛物面圆柱镜(楔型) j?N<40z  
    l}uZxKuYx  
     对称抛物面镜区域用于光束的准直 dS6 $  
     从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜(楔型) k9x[( #  
     离轴角决定了截切区域 a yoC]rE  
    *-9i<@|(U^  
      
    规格:参数概述(12° x 46°光束) ;mU;+~YE  
    ' 4FH9J  
       nc;e NB  
    `"=>lu2H   
    光束整形装置的光路图 inGUN??  
    _Xd"'cXw  
    01?+j%k=m/  
     由于VirtualLab的相对坐标系统,则仅需设置z方向的距离。 >_2~uF@pb  
     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。 DPT6]pl"y  
    K+}0:W=P  
    反射光束整形系统的3D视图 ]:gW+6w"C  
    sQ}|Lu9hZ  
    8 MO-QO  
    KmNnW1T  
    光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 i{6&/TBnr  
     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)。 [on_=N{W[  
    ,H{9`a#+:  
    详述案例 ,4Q4{Tx  
    MrR`jXz  
    模拟和结果 qLCNANWnd  
    F{ %*(U  
    结果:3D系统光线扫描分析 <<0sv9qw1  
     首先,应用光线追迹研究光通过光学系统 v#Rh:#7O%U  
     使用光线追迹系统分析仪进行分析。 d=vuy   
    712nD ?>  
    file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd @[g7\d  
    ~lo43$)^  
    使用参数耦合来设置系统 {mJ' Lb0;  
    i O$87!  
    Fx:38Ae  
    自由参数: ~X3g_<b_8  
     反射镜1后y方向的光束半径 =Dq&lm,n  
     反射镜2后的光束半径 relt7sK  
     视场角,这决定了离轴取向(这些值保存为全局变量) ]6e(-v!U  
     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。 *S}@DoXS  
     对于此计算,应用了嵌入的参数耦合功能。 NT+.E[J6  
    %R >n5m  
    FoetP`   
    X)KCk2Ax  
    EX8+3>)  
    K83'`W^  
    76!LMNf  
    自由参数: w-n}&f  
     反射镜1后y方向的光束半径 [#Qf#T%5h  
     反射镜2后的光束半径 \\R}3 >Wc  
     视场角,这决定了离轴取向(这些值保存为全局变量) (xb2H~WrN  
     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。 "9_$7.q<y  
    wOf8\s1  
    fmixWL7.Zg  
     如果这个例子评估20个参数,那么返回到光路图(LPD)。 PuJ3#H T  
    Z[nHo'  
    n[Q(q[ULV  
    结果:使用GFT+进行光束整形 +0&^.N  
    G%I .u  
    rQ.zqr  
    &G"s !:  
    |`o|;A]  
     现在,利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 z,aMbgt  
    =Ydrct  
     @/s|<*  
     由于离轴设置,光线分布显示出轻微的不对称形状。 j,i9,oF6]  
     v%:deaF  
     不过,场分布几乎是对称的(最好是使用伪色(false colors))。 z6R|1L 1  
    u ]"fwkL  
     产生的相位是完全平坦的,产生的波前误差: ;}E}N:A  
    F1.Xk1y%  
    $eFMn$o  
    RB %+|@c  
    file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd +;~N; BT  
    F-s{#V1=  
    结果:评估光束参数 DKj iooD  
    _8.TPB]no  
    @%,~5{Ir  
     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。 7su2A>Ix  
     在这个例子中,我们对光束半径,发散角和M²值感兴趣。 Onq^|r's&  
    ],weqs  
    zpwoK&T+  
     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。 A;L ]=J  
     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) Tow=B  
    Pdf-2 Tx  
    file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd ui>jJ(  
    }? _KZ)  
    光束质量优化 )7 Mss/2T  
    vQ}ZfP  
     @*eY~  
     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。 8H4NNj Oy  
     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)。
    :Dt y([  
    `TPIc  
    结果:光束质量优化 %4nf(|8n  
    |N`0G.#  
    *,z/q6  
     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。 4z(~)#'^  
    b WNa6x  
    (c[u_~ ;  
    dM;\)jm  
     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。) VFf;|PHS  
    L ?/AKg  
    >8"(go+02  
    file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd S a +Y/  
    3*<@PXpK&  
    反射镜方向的蒙特卡洛公差 8lM=v> Xc  
    h}a}HabA  
     对于公差,在随机模式下我们使用参数运行特性。  $U?]^  
    C$[iduS  
    !+eU  
     这意味着参数变化是的正态 -| FHv+  
    08xo_Oysq  
    q~}oU5  
    6B8!}6Ojc  
    a(vt"MQ_  
     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。 >1`4]%  
    这意味着,波前对对齐误差很敏感。 F\r"Y)|b=  
    1Rd|P<y  
    { YQS fk  
    , @jtD*c)  
    file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run NWn*_@7;  
    O8 .iP+  
    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) <XLaJ;j  
    lNxP  
    f!kZyD7  
    ^0v3NG6  
    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。 inU5eronuj  
    vSHPN|*  
    总结  [p6:uNo  
    {`D]%eRO  
    实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 =;-C;gn:w  
    1.模拟 EK4%4<"  
    通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 Q$ew.h  
    2.研究 4"@;.C""  
    为了计算场分布和评价光束参数,应用几何场追迹+(GFT+)引擎。 ZRf9'UwS  
    3.优化 A{s -g>s  
    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。 Pp } Z"  
    4.分析 r{.pXf  
    通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 4wSZ'RTSR  
    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。
     
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