[技术]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） Uu[dx}y  
4QBPN@~t  
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 a^g}Z7D'T  
WX4f3Um  
l1%ubu  
^TEFKx}PX  
简述案例 wK!7mZ  
b ,e"x48q  
系统详情 p`)Mk<`dYD  
 光源 lS{ ^*(a  
- 强象散VIS激光二极管
p735i`8  
 元件 'OI(MuSn  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） e7r3o,!  
- 具有高斯振幅调制的光阑 >udu~  
 探测器 Vl/fkd,Z  
- 光线可视化（3D显示） F60?%gg  
- 波前差探测 =wznkqyhi  
- 场分布和相位计算 y*e({fio_  
- 光束参数（M2值，发散角） $CDRIn50  
 模拟/设计 p0Pmmp7r  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 #ON
^6f2  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： L~("C  
 分析和优化整形光束质量 2$b JMx>  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 *FFD G_YG?  
:%<'('S|  
系统说明 "#P#;]\`  
0-:dzf  
?tkl cYB  
模拟和设计结果 _'Rg7zHTp-  
}8[  
数值探测器结果 D<'G\#n3I=  
pfQ3Y$z  
Y^b}~t  
7U:{=+oLR  
NAX`y2z  
总结 qNWSDZQ  
\$!D^%~;  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 Uf9L*Z'6il  
1.模拟 #xw3a<z?u  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 7LsVlT[  
2.评估 +z<GycIc?K  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 Mtc-  
3.优化 5[]Yxl  
利用一个具有高斯形状孔径函数的光阑和经典场追迹引擎来优化M2参数。 lE$(*1H  
4.分析 U~w8yMxX  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 NInZ~4:  
W9;9\k  
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。 UAGh2?q2  
jS)YYk5  
详述案例 ]IH1_?HgP7  
h0")NBRV&  
系统参数 {E.A?yej9  
~9#'s'  
案例的内容和目标 DDj:(I?,w  
 v>s,*  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 EUW>8kw0  
OVGB7CB]S  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 h-\Ov{~  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 <j1r6.E)  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 i,rX.K}X  
e.W<pI,  
模拟任务：反射光束整形设置 uSv]1m_-]  
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。 c4.2o<(Xt  
O*%5P5'p"{  
Ii!{\p!  
:q~5Xw/  
UG3}|\.u  

Qe_C^(P  
规格：像散激光光束 #e1iYFgS  
_w2%!+'  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 IY|`$sHb  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 `dhBLAt  
\Nk578+AA  
<sSH^J4QqX  
^oR qu  

X^rFRk  
\jb62Jp  
规格：柱形抛物面反射镜 7~);,#[ky  
                         y;
_F[m  
 有抛物面曲率的圆柱镜 u>=\.d<  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 'uF-}_ |  
 曲率半径等于焦距的两倍 *S?'[PS]1  
\-sW>LIA  
#CcEI  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） >M0^R}v  
/PbMt  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 gf}*}8D  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） NKTy!zWh  
 离轴角决定了截切区域 BAi`{?z$<  
S(/^_Y  
规格：参数概述（12° x 46°光束） dnV&U%fO  
}2S)CL=  
   U;0:@.q  
f:6F5G  
光束整形装置的光路图 vy` lfbX@  
?f6SKC  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 q>wO=qWx  
 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。 |oSqy  
3i\Np =  
反射光束整形系统的3D视图 F'CJN$6Mw/  
bYqv)_8  
/%
gMzF  
0/1=2E^,  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 u6%\ZK._ \  
 绿线表示生成的光轴，由VirtualLab的基础定位方法生成（仅仅设置了距离z和倾角）。 A8-a}0Gh  
/qMiv7m~Q  
详述案例 PjXiYc&  
0|C !n+OK  
模拟和结果  Frz  
%Y"pVBc  
结果：3D系统光线扫描分析 j<`3xd'  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 9EY`j,{4  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 ]{|lGtK %  
; 6PRi/@  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd FM(EOsWk  
T8%!l40v  
使用参数耦合来设置系统 O#p_rfQ  
qz2`%8}F)  
!\'H{,G  
自由参数： QcJC:sP\>  
 反射镜1后y方向的光束半径 !%$,S=_F  
 反射镜2后的光束半径 ?\(qA+iP0  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） _1mpsY<k  
 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。 HF"TS*  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 \S1W,H|  
7WY~v2SDF  
bC98<if  
4jGN:*kZ  
nkTdn  
6 EfBz  
g^x=y  
自由参数： Zu~w:uNmU  
 反射镜1后y方向的光束半径 H=w):kL|  
 反射镜2后的光束半径 2`j{n\/  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） 0pG +yec  
 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。 (:O6sTx-hE  
)WW*X6[k  
ZI1*Cb  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 BkPt 1i  
}q'IY:r  
QgQclML1|  
结果：使用GFT+进行光束整形 M d8(P23hS  
+u*Pi  
4_sJ0=z-  
pLCS\AUTsv  
<m\<yZ2aa  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 G 9(*F  
gat;Er  
AzSu_  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 YllZ
5<}  
kPiY|EH  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 GAZRQ  
 o0>|  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： NZa 7[}H  
fR~0Fy Gp  
uv8kea .(  
=:zPT;K  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd >HRNB&]LdP  
"Da-e\yA  
结果：评估光束参数 mpCu,l+lo  
!8T04988j  
x}Lj|U$r<X  
 从生成的整形光束场分布，可以评估光束参数。 可以直接通过使用探测器界面实现。 BfCn
yL%  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M²值感兴趣。 :uB?h1|  
6R^32VeK($  
D&I/Tbc  
 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。 !Ur
.b @ke  
 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） {d
h,sbl  
jkta]#O  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd }{j@q~w>$  
<[-{:dH,5  
光束质量优化 KdYR?rY  
oXqJypR 2  
?U[6X|1  
 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。 , V,Q(!$F  
 之后，将接收场转换成一个透射函数。 将该传输函数用作光阑（在一个透射函数元件中）。 (*=>YE'V{  
mMOgx   
结果：光束质量优化 doe3V-if  
l2YClK  
s$qc&  
 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。 C
GlEc  
/kK!xe  
bZ:+q1 D  
QV HI}3~  
 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。） !iNwJ|0  
K(PSGlI f  
m;hp1VO)  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd 4X7J~  
V|B4lGS&  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 %72(gR2Wa2  
`q*p-Ju'  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 ~@PD\  
>o{JG(Rn  
+Ek1~i.  
 这意味着参数变化是的正态 Wa.xm_4s2  
_?cum~A@  
,Eh]Zv1AE  
e1E_$oJP  
qm_m8  
 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。 @mxaZ5Vv}  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 94dd )/a  
S ~h*U2  
=[!(s/+>L  
CueC![pj  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run !G[%; d  
YEaT_zWG0  
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） d0ht*b  
g[t paQ  
[q3zs_nz  
mVYfyLZ,(  
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^iu#WC  
Oso**WUOZ&  
总结 trrK6(p  
U9^1
A*  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 Iy4%,8C]g  
1.模拟 IzUpkwN  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 ~8mz.ZdY  
2.研究 W^xO/xu1/  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 i/'bpGrQ(  
3.优化 TIl 'Z7  
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。 yhbU;qEG9  
4.分析 NziCN*6  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 s
$fX ;  
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。