[技术]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） Vv=. -&'  
%pL''R9VF  
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 )}Kf
=  
Ka V8[|Gn,  
G<J?"oQbRT  
`mJ6K&t$<  
简述案例 []1C$.5DD  
6 V=9M:  
系统详情 D'DfJwA  
 光源 bwMm#f  
- 强象散VIS激光二极管 .[OUI  
 元件 U$A]8NZ$S  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） }9OC,Y8?D  
- 具有高斯振幅调制的光阑 y??XIsF  
 探测器 =X:Y,?  
- 光线可视化（3D显示） xY(*.T9K  
- 波前差探测 0GC
EqQy8  
- 场分布和相位计算 xfe+n$~ c  
- 光束参数（M2值，发散角） &B1WtW
 
 模拟/设计 Kis
"L(C  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 SoK iE  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： {cVEmvE8  
 分析和优化整形光束质量 `b7t4d*  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 +iRh
  
{_p_%;  
系统说明 meO:@Z0  
7~.9=I'A  
;85>xHK
 
模拟和设计结果 W.KDVE$}f  
8'io$6d=  
数值探测器结果 'I6i,+D/q  
R!gEwTk  
>U27];}y  
`Eo.v#<  
6mxfLlZ  
总结 ,R* ]>'  
M!D3}JRm  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 `7V]y-  
1.模拟 <}9lZEqY  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 Ean5b>\  
2.评估 ],Do6 @M-  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 ar+9\  
3.优化 z5*'{t)  
利用一个具有高斯形状孔径函数的光阑和经典场追迹引擎来优化M2参数。 YO}<Ytx  
4.分析 X2~!(WxU F  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 6q.Uhe_B  
_ *Pf  
对于复杂的光束整形装置，特别是离轴系统，可以使用VirtualLab来进行高效的模拟和分析。模拟过程中，根据情况应用不同的模拟引擎。 i2SR{e8:GF  
dJNe+ MB`  
详述案例 7Kxp=-k  
Yufc{M00  
系统参数 59;KQ  
V/9!K%y  
案例的内容和目标 d)Y}>@:W  
vy:Z/1q  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 |[b{)s?x  
|z^^.d~a0  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 )|#sfHv7  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 LG#t<5y~  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 P.9>z7l{  
bq0zxg%  
模拟任务：反射光束整形设置 f x+/C8GK  
引入的反射光束整形装置是基于一个反射镜系统，此系统由两个抛物面圆柱反射镜镜与抛物面截面反射镜组成。焦点距离和镜子的位置取决于输入光束的发散角。 A_q3KB!$=+  
Ao&"r[oJSv  
q9s=~d7  
d<P\&!R(  
kc`Tdn  
NU2;X (z[  
规格：像散激光光束 O)r4?<Q  
ds[|   
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 aWF655Fs*  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 {kR#p %E]  
*VxgARIL  
xdkZdx>N  
FJ)$f?=Qd  
smo~7;  
Yr[\|$H5  
规格：柱形抛物面反射镜 ge8ZsaiU  
                         draN0vf  
 有抛物面曲率的圆柱镜  H6/$d  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 [Y|
t]^M  
 曲率半径等于焦距的两倍 \(2sW^fY  
&&>ekG9@  
p H2Sbs:Tk  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） pIqeXY  
Y`a3tO=Pd  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 z!9-
:  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） ln dx"prW  
 离轴角决定了截切区域 *b\t#meS&  
7WZ+T"O{I  
规格：参数概述（12° x 46°光束） &0JI!bR(  
J
DT`C2-Q  
   BLD gt~h#  
9p(.A$  
光束整形装置的光路图 .,6-u  
vUM4S26"NT  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。  Mb~
F%_  
 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。 cSV aI  
1yu4emye4  
反射光束整形系统的3D视图 g]0_5?i  
o&$A]ph8X  
}-=|^  
xU`p|(SS-  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 :"/d|i`T  
 绿线表示生成的光轴，由VirtualLab的基础定位方法生成（仅仅设置了距离z和倾角）。 }&D32\  
<7jW_R@  
详述案例 U # qK.  
E~"y$Fqe  
模拟和结果 }*]-jWt1J\  
1iF1GkLEq  
结果：3D系统光线扫描分析 ~Z'?LV<t  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 3h`f6  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 P~X2^bw  
R4:b{)=O  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd nAdf=D'P  
b d!Y\OD
  
使用参数耦合来设置系统 aQ@oH#
 
_X x/(.O  
\,0oX!<YY  
自由参数： h<<v^+m  
 反射镜1后y方向的光束半径 ^^ixa1H<  
 反射镜2后的光束半径 8YSAf+{FtK  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） pTLCWbF?  
 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。 uoh7Sz5!^  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 4BpZJ~(p  
- 1gVeT&  
uQKT  
AH~E)S  
S3Jo>jXS "  
]Zh%DQ  
SXP]%{@R/  
自由参数： :gFx{*xN/9  
 反射镜1后y方向的光束半径 X 0+vXz{~g  
 反射镜2后的光束半径 dG?*y  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） \:LW(&[!  
 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。 KHvYUTY  
/Lr.e
%  
FGBbO\</  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 H3-hcx54T  
sc#qwQ#  
5*u+q2\F  
结果：使用GFT+进行光束整形 c'\dFb9a  
SNk=b6`9  
Z6MO^_m2  
J\=*#*rJ1  
K_}K@'  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 )MT}+ai  
`r 4fm`<  
XfIJ4ZM5  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 ]JQULE)  
/&JT~M  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 )J(6xy  
4
s9LB  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： &m;*<}X  
n|yO9:Uw<  
]7c=PC  
aw&,S"A@  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd ZXPX,~ 5o  
A?OQE9'  
结果：评估光束参数 (A.C]hD  
-MBxl`JU  
a(ZcmYzXU  
 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。 )%fH(ns(  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M²值感兴趣。 @_{=V0  
:7;@ZEe  
HTTC
TR  
 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。 pT6$DB#  
 M²值明显高于1。（与理想高斯光束相比，高M²值是由光束偏离引起的） %mgE;~"&  
\o3gKoL%  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd 7F~X,Dk_  
8
zq=N#x  
光束质量优化 hOK8(U0  
A^SgI-y|  
E=O\0!F|b  
 通常，使用合适的高斯调制光阑以用于优化M²值。 因此，我们使用测量的半径作为腰束半径（消除发散角）来生成一个高斯光束。 [()koU#w.  
 之后，将接收场转换成一个透射函数。 将该传输函数用作光阑（在一个透射函数元件中）。 |k00Z+O(  
7_[L o4_  
结果：光束质量优化 f* wx<  
>/6 _ ^  
dqcL]e  
 由于通过高斯孔径传播，光束显示出理想高斯形状。 因此，M²值在两个方向上几乎都是1。 |JsZJ9W+J  
;<4a*;IO  
%B?=q@!QWn  
RT8 ?7xFc  
 然而，光束半径是略有减少。（光束半径显示在最后一张幻灯片是由于其偏离了理想高斯。） ,<X9Y2B  
1k^oS$UT  
AQ^u  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd 0<*<$U  
IdN41  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 )QJUUn#  
&#i"=\d  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 JK]PRDyD  
-D:b*D  
PQE=D0  
 这意味着参数变化是的正态 86H+h(R/  
ksm~<;td  
iU:cW=W|M\  
y|jq?M<A  
z{r}~{{E  
 对于这个例子，假设每个反射镜都有±0.1°的角度偏差（绝对的方向）。 由于这个偏差，整形光束的波前差明显增加。 yIE!j%u  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 IAyp2  
ez[Vm:2K  
0tJZ4(0  
?&uu[y  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run !PE]C!*gv&  
@'|~v<<WZ  
第一个随机公差的典型强度分布：（相应的均方根波前差：1.08λ，40.4λ，140λ） -I%5$`z  
gI`m.EH}}N  
*=xr-!MEk  
$Ygue5{c  
由于波前差和因此校准的偏差更大，M²值明显增加。可以使用高斯孔径来减少。 2>59q$|  
og>uj>H&  
总结 x|29L7i  
Gp\ kU:}&  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 -7|H}!DFT  
1.模拟 iJ|uvPCE  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 fTX;.M/%   
2.研究 8l">cVo]T  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 .ccp  
3.优化 ;9'OOz|+1  
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。 ]K%!@O!  
4.分析 N)Z?Z+}h  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 *n"{J(Jt`  
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。