[技术]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） 9~v#]Q}Z}4  
(V>/[Ev  
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 J\?d+}hynX  
H2{&da@D5  
{!*dk V  
^f] 9^U{  
简述案例 \iH\N/  
Yb348kRF  
系统详情 !JQ'~#jKN  
 光源 GrA}T`]  
- 强象散VIS激光二极管 <z QUa  
 元件 _|>bOI  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） 4oPr|OKj{*  
- 具有高斯振幅调制的光阑 >mMmc!u>G  
 探测器 :0% $u>;O:  
- 光线可视化（3D显示） uA%cie  
- 波前差探测 Bgs,6:  
- 场分布和相位计算 e@DVf  
- 光束参数（M2值，发散角）
k&= iye(  
 模拟/设计 ;HmQRiCg  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 K7},X01^  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）：  z:d+RMA  
 分析和优化整形光束质量 /mQ9}E4X  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 ^,#MfF6  
C
TZ#QiNP  
系统说明 yHmNO*(  
S~ZRqL7ZO  
{^@qfkZ
z^  
模拟和设计结果 .~%,eF;l$  
X?SLYm@v  
数值探测器结果 i>PKE.  
wV"C ,*V  
q;<Q-jr&O  
J1d|L|M  
;f[@zo><r  
总结 8]&lUMaqVZ  
@l?2",  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 ,QHn} 3fW  
1.模拟 +\66; 7]s  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 vb2aj!8_?  
2.评估 U/:x<Y$ tj  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 9S{?@*V  
3.优化 0hX@ta[Up  
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。 .KxE>lJbqM  
4.分析 fVxRK\a\\  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 l 5z8]/  
P"k,[ZQ  
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。 UY&DX
IPM  
Cz#3W8jV  
详述案例 etL)T":XV  
fZt3cE\  
系统参数 ~f[91m!+  
1~9AQ[]w8  
案例的内容和目标 l(
?Yx  

YbE1yOJ&m  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 `*Jw[Bnh8  
FUKE.Ux
d  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 {#%;HqP  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 p&(~c/0  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 P8;f^3V(+/  
!GBGC|avE  
模拟任务：反射光束整形设置 -I{J]L$S#  
引入的反射光束整形装置是基于一个反射镜系统，此系统由两个抛物面圆柱反射镜镜与抛物面截面反射镜组成。焦点距离和镜子的位置取决于输入光束的发散角。 ^<nN~@
j  
eZ +uW0  
RYKV?f#[H  
bHH=MLZR:  
t+BLO<  
91bJ7%  
规格：像散激光光束 (r )fx  
fY9/u=  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 7`6JK  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 c}g:vh  
sYY=MD  
G/C5o=cY  
QTjOLK$e$  
i4oBi]$T  
#L,5;R{`  
规格：柱形抛物面反射镜 d<l
-Ldle  
                         Y/w) V
V  
 有抛物面曲率的圆柱镜 2
-M]!x)  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 7c Gq.U  
 曲率半径等于焦距的两倍 @X6|[r&Z  
Rd.[8#7VE  
=.Q|gZ   
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） #%g~fh  
q7%eLJ  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 ZW|VAn'>  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） 5PlTf?Ao  
 离轴角决定了截切区域 6">jf #pE  
e/h7x\Z  
规格：参数概述（12° x 46°光束） [{B1~D-  
tr\Vr;zd  
   c{t[iXDG  
c/57_fOK  
光束整形装置的光路图 zorTZ #5  
E0*'AZi&  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 o s HE4x  
 因为离轴抛物面镜的位置是相对于它的焦点，那么到反射镜2的距离z必须是负的。 ')w*c  
mckrR$>  
反射光束整形系统的3D视图 hOx">yki  

<P3r}|K  
%.R_[.W  
~4iIG}Y<  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 1H_#5hd  
 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）。 {q:o}<-L+  
0Fh*8a}?b  
详述案例 (d
F4F4`{  
5i$~1ZC  
模拟和结果 g~@0p7]Y  
TPds)osZT  
结果：3D系统光线扫描分析 SS;QPWRZ  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 'g
ojP  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 FZ/l T-"  
<nj[=C4v  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd %zyMWC  
$
{ ~UA6  
使用参数耦合来设置系统 ?Ib/}JST  
puv*p%E  
O.E  
自由参数： ]Nvtiw 6  
 反射镜1后y方向的光束半径 |Tz4xTK
 
 反射镜2后的光束半径 k[
Iwxl;/  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） oA~m*|  
 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。 u hP0Zwn  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 q9oF8&O,  
= sIR[V'(  
j78xMGKO  
_A)<"z0E  
/)de`k"  
5 ^iU1\(L  
k&DHQvfB  
自由参数： \sC
0om,  
 反射镜1后y方向的光束半径 FV$= l %  
 反射镜2后的光束半径 WytCc>oL  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） &bj :,$@  
 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。 %i%Xi+{3  
.tN)H1.:B  
o
jVpw4y.  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 0mj=\j  
H8K<.RY  
:<&}/r  
结果：使用GFT+进行光束整形 X{#@ :z$  
%1VMwqC]E  
d!KX.K\NM,  
D-3/?"n  
!Y]}&
pUP  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 !qcu-d5b  
y=vH8D]%X  
YC=BP5^  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 ;*W]]4fy  
6ddkUPTF  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 Z{p6Q1u  
B@zJ\Ir[  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： f/;\/Q[Z7  
I I>2\d|   
EkSTN  
4rM77Uw>  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd % C 3jxt  
38q@4U=aiw  
结果：评估光束参数 XFu@XUk!K  
)1fQhdO}x  
z}bnw2d]  
 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。 z{#F9'\&  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M²值感兴趣。 HnP;1Gi  
{yb\p9q{Yo  
M?cKt
.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。 (C-z8R Z6  
 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） U[A*A^$c}  
doR'=@ W  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd i9!Urq-  
5&X  
光束质量优化 "]_|c\98  
3K?0PRg  
n~&R_"mv(  
 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。 rd,mbH[<C  
 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）。
7 $9fGo  
oyr2lfz*  
结果：光束质量优化 HJJ^pk&  
>|Jw,,uf  
3,vH:L4  
 由于通过高斯孔径传播，光束显示出理想高斯形状。 因此，M²值在两个方向上几乎都是1。 4{vd6T}V!  
+1)C&:  
f0D Ch]  
40#KcbMa|  
 然而，光束半径是略有减少。（光束半径显示在最后一张幻灯片是由于其偏离了理想高斯。） <Y#R]gf1  
7
@lXN8_f  
N9n1s2;o  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd __ mtZ{  
sRZ:9de+  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 N6J$z\ P  
JA{YdB;il  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 CD&m4^X5D  
Vd?v"2S(9  
/B!m|)h5~  
 这意味着参数变化是的正态 oX}n"5o:  
s
^oNQ}  
aydal9M  
NdNfai  
s{k\1P(G}  
 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。 k_a'a)`$6  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 wi9|  
'QS"4EvdD  
? w?k-v  
kW!:bh  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run m@,>d_|-K-  
r{Q< 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） zOE6;c81  
pMquu&Td  
)j6>b-H  
\Zv =?\  
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。 'i(p@m<'  
6J 5)4^bk  
总结 J:lwq@u  
Dgm%Ng  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 9(l'xuX  
1.模拟 pHvE`s"Ea  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 -7O/ed+  
2.研究 d*>k ]X@G  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 -{*V)J_Co  
3.优化 ]-'9|N*}l  
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。 >slN:dr0:  
4.分析 '&QT}B  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 M([H\^\:  
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。