光束传输系统(BDS.0005 v1.0) 4r7F8*z
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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 =~h b& 光源 38p"lT - 强象散VIS激光二极管 TLVsTM8P 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) BYX c
'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 ;,[0 bmL {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 C7ivAh
{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。 Ahwi 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*GU 7m; 通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 ?"9h-g3`x} >N Bc-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
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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%<
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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 2PlhnU Q7 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;eNB `"=>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;
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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 relt7 sK
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
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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)。
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T Z[nHo' n[Q(q[ULV 结果:使用GFT+进行光束整形 +0&^.N G%I
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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))。
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]"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 DKjiooD _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。
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]=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)
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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)。
:Dty([ `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。
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(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。)
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>8"(go+02
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd
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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。
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这意味着,波前对对齐误差很敏感。
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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)
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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。