[技术]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） xFyMg&  
bF B;N+>  
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 5i1
>z{  
)03.6Pvs  
T,H]svN
5p  
4&`66\p;  
简述案例 zb;2xTH+  
dB_\,%vAd  
系统详情 1J<-P9 vk+  
 光源 I s8|  
- 强象散VIS激光二极管 ^g~-$t<!  
 元件 poXkH@[O  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） sPd5f2'  
- 具有高斯振幅调制的光阑 6j` waK  
 探测器
A= ,q&  
- 光线可视化（3D显示） !gT6So  
- 波前差探测 tQwbIX-7/  
- 场分布和相位计算 ~zRW*pd  
- 光束参数（M2值，发散角） [r]USCq  
 模拟/设计 d628@~Ekn  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 R[_7ab]A  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： oh:t ex<  
 分析和优化整形光束质量 Nwu#,f=X  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 +<3tv&"  
?]P&3UU>0z  
系统说明 h\.UUC&<  
5_`.9@eh.  
,,{Uz)>'W6  
模拟和设计结果 kSI,Q!e\  
PE4{;|a }  
数值探测器结果 lezdJ  
$s) ^zm~  
*$hO C%(  
%!eK"DKG^  
67n1s  
总结 (Ojg~P4;&  
&"L3U  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 g`1*p|  
1.模拟 g@1MImc'!  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 moc_}(  
2.评估 ?=PQQx2_*u  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 :b.#h7Qt<  
3.优化 =B?uNoe  
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。 ;>CmVC'/  
4.分析 /}M@MbGMM  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 !CsoTW9C:  
Duz}e80  
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。 !_c<j4O  
E^|b3G6T  
详述案例 IAtc^'l#  
8`^I.tD  
系统参数 ,q:6[~n  
)@Bt[mfrVD  
案例的内容和目标 PHz/^p3F  
b%v1]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。 ETtK%%F0  
; 4S#6#  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 )Wc#?K  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 ~xXB !K~C  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 Xbap'/t  
|5Z@7  
模拟任务：反射光束整形设置 k:d'aP3  
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。 v3hNvcMpf  
['sIR+c%'O  
Bp4QHv9xqL  
`N|WCiBV.  
.oSKSld  
CBO8^M<K  
规格：像散激光光束 !'PPj_Hp]  
|1t30_ /gS  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 %VwB ?  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 N"2@yaN  
w0 "h,{  
`;i| %$TU  
mX"z$  
"e(OO/EZS  
e"2 wXd_}  
规格：柱形抛物面反射镜 g\X"E>X  
                         L5eaQu  
 有抛物面曲率的圆柱镜 OP<@Xz  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 RtF_p {s  
 曲率半径等于焦距的两倍 ~ae68&L6  
VJ1si0vWtq  
.Sb|+[{  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） Y6g[y\*t  
yqB{QFXO  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 G19FSLrtA  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） {Y IVHl  
 离轴角决定了截切区域 ;rk}\M$+  
=D3Y q?  
规格：参数概述（12° x 46°光束） ;9;.!4g/T  
5bMVDw/  
   "qwRcuHY  
iVmf/N@A|  
光束整形装置的光路图 hbN*_[  
~A"ODLgU9  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 $`]<4I9d  
 因为离轴抛物面镜的位置是相对于它的焦点，那么到反射镜2的距离z必须是负的。 TmO\!`  
FJ#V"|}  
反射光束整形系统的3D视图 ?(ks=rRK  
lW7kBCsz#  
<G6wpf8M  
17nWrTxR$  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 EB>laZy>  
 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）。 ,`H=
%#  
)zr/9aV  
详述案例 ( 6r9y3'  
/>+JK5  
模拟和结果 J }JT%SW  
M0_K%Z(zaR  
结果：3D系统光线扫描分析 YB)1dzU  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 I ][8[UZ  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 nA+[[(6  
f~"3#MaV  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd ^\_`0%`>  
1!=$3]l0Lj  
使用参数耦合来设置系统 AKL~F|t  
s31^9a  
~r|.GY  
自由参数： rytizbc  
 反射镜1后y方向的光束半径 V ;>{-p  
 反射镜2后的光束半径 {J|P2a[  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） 1w\Y._jK  
 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。 kv)LH{  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 WhK?>u  
d6(qc< /!r  
,[~Ydth  
p>R F4  
)Cx8?\/c=x  
kqHh@]Z0'  
RV&2y=eb  
自由参数： vy-{BH  
 反射镜1后y方向的光束半径 5%G+
+oLXf  
 反射镜2后的光束半径
I]  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） &I d^n  
 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。 6x -PGq  
#=
$4U!yL  
V <k_Q@K  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 ]kc_wFT<  
3ON]c13  
$H5PB' b  
结果：使用GFT+进行光束整形 `cZG&R  
R HF;AX n  
h8S%Q|-  
RRq*CLj  
%/UQ0d~b  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 s?_b[B d  
~=#jO0dE|  
` 6"\.@4  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 +>I4@1qC-|  
6aK%s{%3s  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 w.0.||C O  
(EohxLl!p  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： `knw1,qL"  
sCnZ\C@u  
bfa5X<8  
e HOm^.gd  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd JWxPH5L  
`SIJszqc  
结果：评估光束参数 <[pU rJfTr  
29GejLg|  
=z@'vu$Fh  
 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。 Ufo-AeQo  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M²值感兴趣。 p
p{%\td  
Sb{S^w\m0  
t+?\4+!<  
 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。 *|`'L  
 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） G\P*zzSq  
1BWuFYB  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd =%RDT9T.  
zV2c`he%z  
光束质量优化 hSg:Rqnk  
|-e=P9,  
+rql7D0st  
 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。 E!Ng=}G&_  
 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）。 4&&j7$aV  
NgH

%  
结果：光束质量优化 tKJ)'v?  
|E?%C
j^W  
bz>#}P=58G  
 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。 fnXl60C%  
#}jf TM  
4Uwt--KtFh  
AV8TP-Ls+  
 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。） xt`znNN  
50'6l X(v,  
5hD
E&hp  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd p=r{ODw#3  
s5z@`M5'm  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 rP3)TeG6  
e`_3= kI  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 O&X-)g=  
9ge$)q
@3  
j}ruXg  
 这意味着参数变化是的正态 Wh4lz~D\@  
fc\hQXYv  
Bq2}nDP  
dm.3.xXq  
:Mt/6}
 
 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。 rAQ^:
q  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 =]Ek12.  
d&U;rMEv  
m<076O4|`  
oiR`\uY  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run j
EI!t^#  
lL83LhE}<  
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） x'  
ry
 U0x  
"/\:Fdc^  
,f1+jC
  
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。 "n05y}  
o-(jSaH :;  
总结 2O
Zdj  

2 na8G  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 =RV$8.Xp  
1.模拟 &!_Ko`b8K  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 %_3{Db`R>  
2.研究 {`}RYfZ
 
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 )<~b*^kl\  
3.优化 m.4y=69 &  
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。 q|6lw 74`  
4.分析 7"S|GEs:  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 .II'W3Fr  
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。