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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) C_'Ug  
    `33h4G  
    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 hr]NW>;  
    3=;iC6 `  
    Mc76)  
    *pI3"_  
    简述案例
    H+*o @0C\~  
    9RR1$( f  
    系统详情 eZP"M 6  
    光源 -*?a*q/#nQ  
    - 强象散VIS激光二极管 173/A=]  
     元件 hnE@+(d=qJ  
    - 光束准直和整形的反射元件(例如圆柱抛物面镜) , JVD ;u  
    - 具有高斯振幅调制的光阑 >@ge[MuS  
     探测器 <V>vDno\  
    - 光线可视化(3D显示) n %"s_W'E  
    - 波前差探测 W P.6ea7k  
    - 场分布和相位计算 of{wZU\J+9  
    - 光束参数(M2值,发散角) rBgLj,/`U/  
     模拟/设计 Fnll&TF  
    - 光线追迹(Ray Tracing:):基本系统预览和波前差计算 nM}X1^PiK"  
    - 几何场追迹+和经典场追迹(Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing): EZBk;*= B  
     分析和优化整形光束质量 =>ph\  
     元件方向的蒙特卡洛公差分析 O a-Z eCq  
    NUx%zY  
    系统说明 `<\AnhNW]I  
    "d.qmM  
    2v%~KV  
    模拟和设计结果 ,h>0k`J:a  
    b/O~f8t  
    vK2L"e  
    场(强度)分布                                   优化后
    数值探测器结果 ,gkxZ{Eh  
    JrCm >0g  
    i ]F,Y;&|  
    ^>k[T.  
    T4\,b  
    总结 $?;aW^E  
    =xa`)#4(  
    实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 % YU(,83(+  
    1.模拟 5 QMu=/  
    使用光线追迹验证反射光束整形装置。 >`s2s@Mx  
    2.评估 *K m%Vl  
    应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 (*"R"Y  
    3.优化 H!oP!rzEo  
    利用一个具有高斯形状孔径函数的光阑和经典场追迹引擎来优化M2参数。 0XXu_f@]9  
    4.分析 CS6,mX  
    通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 v*]|1q%/  
    O]lWaiR`  
    对于复杂的光束整形装置,特别是离轴系统,可以使用VirtualLab来进行高效的模拟和分析。模拟过程中,根据情况应用不同的模拟引擎。 X g.\B1d  
    Hh54&YKZ  
    详述案例 .c~;/@{  
    :5h&f  
    系统参数 G%rK{h  
    D97oS!*  
    案例的内容和目标 j: ]/AReOL  
    ,bJZs-P0  
    在BDS.0001,BDS.0002,BDS.0003和BDS.0004案例中,研究了折射光束传输系统。 O!/J2SfuDH  
    E: XzX Fxx  
    3- LO  
     目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 [ &R-YQ@  
     之后,研究并优化整形光束的质量。 J/RUKhs/  
     另外,探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 #2x\d  
    MLa]s* ; d  
    模拟任务:反射光束整形设置 {b]WLBy  
    引入的反射光束整形装置是基于一个反射镜系统,此系统由两个抛物面圆柱反射镜镜与抛物面截面反射镜组成。焦点距离和镜子的位置取决于输入光束的发散角。 T6AFwo,Q  
    u%h]k ,(E  
    Rn-L:o@?  
    G^ n|9)CVW  
    1Pn!{ bU3@  
    jC; XY!d6  
    规格:像散激光光束 > -k$:[l  
    Ct #hl8b:  
     由激光二极管发出的强像散高斯光束 6OIA>%{  
     忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 F"a,[i,[W  
    0jj }jw  
    PjRKYa_U  
    LH<--#K  
    5#WZXhlc}  
    CEI#x~Oq  
    规格:柱形抛物面反射镜
    mN ~;MR;  
                             5/neV&VcB  
     有抛物面曲率的圆柱镜 SM0=  
     应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 0/-[k  
     曲率半径等于焦距的两倍 i-tX5Md|  
    d{9jd{ _#G  
    :Wb+&|dU  
    规格:离轴抛物面圆柱镜(楔型) ]RGun GJ  
    c3K(mM:  
     对称抛物面镜区域用于光束的准直 Z>Sv[Ec  
     从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜(楔型) ?WUu@Z  
     离轴角决定了截切区域 G0a UZCw  
    ]+fL6"OD/2  
      
    规格:参数概述(12° x 46°光束) zb:p,T@5  
    NhpGa@[D  
       Vf O0 z5&  
    Yckl,g_  
    光束整形装置的光路图 V{c n1Af  
    .,tf[w 71  
    Pf(z0o&  
     由于VirtualLab的相对坐标系统,则仅需设置z方向的距离。 xr.fZMOh4  
     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。 :) mV-(+o  
    ob-be2EysH  
    反射光束整形系统的3D视图 m#'u;GP]k  
    $Fr$9 jq&  
    +O\6p  
    L(AY)gB  
    光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 ]6 }|X#_  
     绿线表示生成的光轴,由VirtualLab的基础定位方法生成(仅仅设置了距离z和倾角)。 b\6w[52m  
    3osAWSCEL  
    详述案例 C2DNyMu  
    MPNBA1s  
    模拟和结果 se7_:0+w  
    \s+ <w3  
    结果:3D系统光线扫描分析 %Z.>)R4  
     首先,应用光线追迹研究光通过光学系统 qmJFXnf  
     使用光线追迹系统分析仪进行分析。 rS6iZp,  
    a-8~f8na{(  
    file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd [+ 1([#  
    uXtfP?3Vy  
    使用参数耦合来设置系统 Rp9uUJ 6o  
    \XmtSfFC  
    H^'EY:|  
    自由参数: /AW6XyMD _  
     反射镜1后y方向的光束半径 KRm4r  
     反射镜2后的光束半径 C.(<KV{b  
     视场角,这决定了离轴取向(这些值保存为全局变量) ygT,I+7\  
     由于功能原理,所有系统参数(距离,焦距,直径)可以由光束参数分析计算。 vhKeW(z  
     对于此计算,应用了嵌入的参数耦合功能。 :t9(T?2  
    S@Jl_`<  
    *>Om3[D  
    31J7# S2  
    (Tc ~  
    o$Hc5W([Z  
    kA\;h|Y3  
    自由参数: 2lXsD;[  
     反射镜1后y方向的光束半径 sOVaQ&+y  
     反射镜2后的光束半径 kD"dZQx  
     视场角,这决定了离轴取向(这些值保存为全局变量) 0H;dA1  
     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。 1AA(qE  
    )e]:T4*vo  
    m,]Tl;f  
     如果这个例子评估20个参数,那么返回到光路图(LPD)。 $c  f?`k  
    dI'C[.zp[  
    }2DeqY  
    结果:使用GFT+进行光束整形 \h _hd%'G  
    (?q]E$ @  
    vWzNsWPK"{  
    0*q~(.>a  
    RwT.B+Onuy  
     现在,利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 NL2n\%n  
    b\H(Lq17  
    E/AM<eN  
     由于离轴设置,光线分布显示出轻微的不对称形状。 I]ywO4  
    ]:]2f 9y  
     不过,场分布几乎是对称的(最好是使用伪色(false colors))。 rPr#V1}1a  
    ?mgr #UN  
     产生的相位是完全平坦的,产生的波前误差: <%) :'0q&  
    OM2|c}]ZQ  
    c3oI\lU  
    EL~s90C  
    file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd z,/dYvT<  
    $W` &7  
    结果:评估光束参数 N9{ivq|fO  
    v-OGY[|97  
    nLT]'B]$ +  
     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。 2NE/ZqREg  
     在这个例子中,我们对光束半径,发散角和M²值感兴趣。 _H:SoJ'  
    5nf|CQH6?  
    C|z`hNp  
     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。 w_A-:S 5C  
     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) 7+=j]+O  
    T /[)U  
    file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd Zj`eR\7~  
    c WK@O>  
    光束质量优化 4+l7v?:Pr  
    9HP)@66  
    t"RgEH@  
     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。 gU+BRTZ&x  
     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)。
    0!+ab'3a  
    9chiu%20  
    结果:光束质量优化 0Dh a1[=  
    *4A.R&Vu  
    ;x+4jpH]B  
     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。 u%ih7v!r\  
    D.$EvUSK<.  
    !M3IuDN  
    t@)~{W {  
     然而,光束半径是略有减少。(光束半径显示在最后一张幻灯片是由于其偏离了理想高斯。) hhYo9jTHW  
    Nnv&~ D>  
    S7N54X2JwL  
    file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd ) e;F@o3  
    nJ2l$J<  
    反射镜方向的蒙特卡洛公差 U.>n]/&  
    rr9HC]63  
     对于公差,在随机模式下我们使用参数运行特性。 Q5ohaxjF  
    E7*1QR{Q  
    eaF5S'k 4$  
     这意味着参数变化是的正态 Wy4v~]xd%  
    HJ_xg6.x  
    73N%_8DH  
    7d'@Z2%J0  
    PB }$.8  
     对于这个例子,假设每个反射镜都有±0.1°的角度偏差(绝对的方向)。 由于这个偏差,整形光束的波前差明显增加。 ,QG,tf?  
    这意味着,波前对对齐误差很敏感。 )xTp7YnZ;  
    S0p]:r ";x  
    r Ld,Izi  
    N}Q,  
    file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run -4GSGR'L&y  
    (S9"(\A  
    第一个随机公差的典型强度分布:(相应的均方根波前差:1.08λ,40.4λ,140λ) ts9N$?0:V  
    "q]v2t  
    @h ^5*M  
    1l1X1  
    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。 {9C(\i +  
    fI}-?@  
    总结 ;{HxY98Q  
    m=%W<8[V  
    实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 .:<c[EJ b  
    1.模拟 Of:e6N  
    通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 oZOFZ-<  
    2.研究 +cj NA2@  
    为了计算场分布和评价光束参数,应用几何场追迹+(GFT+)引擎。 CR, Y%0vQ  
    3.优化 :%!SzI?  
    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。 _Zb_9&  
    4.分析 &dOV0y_  
    通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 X}p4yR7'  
    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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