[技术]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） WAWy3i  
pjaDtNb  
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 530Z>q  
8<X,6  
QT[yw6Z  
Th%2pwvER  
简述案例 PY{])z3N  
10`]&v]T  
系统详情 x+B7r&#:  
 光源 Gj
9WUv[P  
- 强象散VIS激光二极管 G;k#06  
 元件 IP3%'2}-  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） c(5r  
- 具有高斯振幅调制的光阑 ~o?(O1QY  
 探测器 NL7CeHs5  
- 光线可视化（3D显示） U5!T-o;3}  
- 波前差探测 b0n " J`  
- 场分布和相位计算 QO|roE  
- 光束参数（M2值，发散角） }US^GEs(  
 模拟/设计 0'Y'K6hG`  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 1GA$nFBVC  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： 64jFbbd-/  
 分析和优化整形光束质量 nJ{vO{N  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 PW)Gd +y  
V\4zK$]  
系统说明 Okt0b|=`1*  
FvTc{"w /  
gdKn!; ,w#  
模拟和设计结果 r'5~4'o$  
qo^PS  
数值探测器结果 zFpM\{`[g  
gLGu#6YVu  
zv>3Tc0R  
D Xjw"^x  
0%f
}w0]:  
总结 |'?./  
|MEu"pY)  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 :l/?cV
;  
1.模拟 Z'F=Xw6;b  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 tITx+i  
2.评估 5UU1HC;C  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 rz'A#-?'oG  
3.优化 YrRD3P.P  
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。 `$hna{e^n  
4.分析 ecg>_%.>  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 QhqXd  
T)Ohk(jK1  
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。 &R7N^*He  
t!S ja  
详述案例 pA|Z%aL  
6Uik>e7?  
系统参数 9]E;en NQ  
#Y9'n0 AL  
案例的内容和目标 ,k=1'7d  
rQ+2 -|#  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 (}jYi*B  
d@u)'AY%/  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 *RpBKm&^7  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 yi
-S^  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 V <;vy&&  
p(J,fus  
模拟任务：反射光束整形设置 sb^%eUU])  
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。 BEfp3|Stb  
V_.n G;  
0w24lVR
.  
Gs7#W:e7  
Kq. MmR!gl  
XX])B%*  
规格：像散激光光束 |}YeQl  
_U%fD|t  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 g*uo2-MN&e  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 'c")]{  
L4wKG&  
Wdp?<U  
$: %U`46%s  
"h>B`S  
ag~4m5n*~  
规格：柱形抛物面反射镜 fsr0E=nV  
                         D. _*
p  
 有抛物面曲率的圆柱镜 R,'` A.Kk  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 a*fUMhIi  
 曲率半径等于焦距的两倍  ,m^@S  
x<-n}VK\  
K.{:H4_  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） eC71;"
 
_r6aLm2n  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 |i-d#x8  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） 9iWs'M  
 离轴角决定了截切区域 G"
~%[k  
5m e|dvk  
规格：参数概述（12° x 46°光束） v o9Fj  
.S{Q }S  
   j!oD9&W4~  
w&F/P]1  
光束整形装置的光路图 8D[,z 7n  
}/{G  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 u\,("2ZW9+  
 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。 ^{vf|zZ _  
fCq  
反射光束整形系统的3D视图 b<N962 q$q  
ebuR-9  
Wg3\hv29  
C6-71`C0  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 X
w|t.0  
 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）。 z g'1T2t  
tk"+PTGJT  
详述案例 5,pKv  
99<0xN(25  
模拟和结果 ~PoBvH
i  
vXio /m  
结果：3D系统光线扫描分析 )kq3q5*_  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 %S2^i3  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 `9+>2*k  
*t,J4c  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd _B5t)7I  
e>:bV7h j~  
使用参数耦合来设置系统 -}h+hS50F  

N0D
)d  
j\ dY  
自由参数： k>N >_{\  
 反射镜1后y方向的光束半径 *i}Nb*Z3  
 反射镜2后的光束半径 c]y"5;V8  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） YRkp(}*!\  
 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。 #\Q{?F!4  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 d]v4`nc  
S;582H9D  
UP@a ?w  
~}c`r4  
YEEgDw]BQ  
_Gpq=(q
)  
UHtxzp =[  
自由参数： R"au8f.  
 反射镜1后y方向的光束半径 $9}z^sGIM  
 反射镜2后的光束半径 Llf |fayq  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） m]1=o7  
 基于光束发散角和直径（x和y方向）焦点，可以计算并设置反射镜的直径和距离z。 IQZBH2R  
s[V$fvW  
J|orvnkK  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 o4)^U t+  
=Z
sM[wd  
yMQuM:d  
结果：使用GFT+进行光束整形 sGf\!w  
'wo[iNy[  
Wp0e?bK_  
x4PH-f-7  
uc%
&g  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 `Z3Qx~fx  
/
\%K7\  
b6IYo!3  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 ZWC-<QO"<  
+TzF*N
p  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 )\:cL GM  
Pez 7HKW:  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： cT8`l!RD<  
1PMBo=SUe8  
58H[sM4>  
q;T3bxp+  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd ~~?4w.k  
|(gq:O  
结果：评估光束参数 ~RQ6DG^  
gr'M6&>  
E^.y$d~dS  
 从生成的整形光束场分布，可以评估光束参数。 可以直接通过使用探测器界面实现。 *t;'I -1w^  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M²值感兴趣。 +Xi#y}%  
}+[H~8)5  
4:\s.Z{!3  
 整形光束在x和y方向上显示了一个几乎相同的半径。 发散角大约是4urad。 8oSndfV  
 M²值明显高于1。（与理想高斯光束相比，高M²值是由光束偏离引起的） +\FTR  
/B$"fxFf  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd |b
QX9|L  
ta>:iQa  
光束质量优化 a!,q\p8<t0  
^h+<Q%'a'  
|-N\?N9"  
 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。 1 l'Wb2g>A  
 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）。 })OgsBk  
3K2`1+kBVG  
结果：光束质量优化 Y{X79Rd  
zcGeXX}V?  
\(t.|  
 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。 UV%Al)3  
k+>-?S,  
FbB> Md;  
4@PH5z  
 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。） p=U*4[9k  
>]q{vKCAP  
_B`'1tNx  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd X>w(^L*>  
a3i4eGT-  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 BN&^$1F((  
(W3~r  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 _94|^  
?`ETlFtD4  
F(+,M~  
 这意味着参数变化是的正态 KQGdV{VFs  
c'#w 8V  
LYY3*d  
BN??3F8C  
1.
29%O8V_  
 对于这个例子，假设每个反射镜都有±0.1°的角度偏差（绝对的方向）。 由于这个偏差，整形光束的波前差明显增加。 MvV\?Lzj   
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 8NCu;s  
GHeucG}?  
h`Ld%iN\  
6! `^}4  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run >1luLp/,$  
*Ae> ,LyE  
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） )b AOA  
{vCB$@/o  
:(7icHa  
<5).(MTa  
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。 tZ|0wPp  
L>xecep  
总结 G,o5JL"t  
>#pZ`oPEAv  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 j_]#Ew\q  
1.模拟 \PU7,*2  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 Tfsx&k\  
2.研究 D1G9^7:^E  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 (rTn6[*  
3.优化 3` ,u^ w  
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。 4^*+G]]wZ~  
4.分析 6l Suzu  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 7LotN6H  
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。