[技术]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） H=.
K  
Fh`-(,e?5  
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 :)P<jX-G  
^Rmoz1d  
NfF~dK|  
cgyo_ k  
简述案例 $A?}a  
/4C`k=>  
系统详情 dERc}oAh(  
 光源 $!`L"szqD*  
- 强象散VIS激光二极管 oCJbkt=  
 元件 sb'p-Mj  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） -2lRia  
- 具有高斯振幅调制的光阑 Vj!WaN_  
 探测器 c)3O/`  
- 光线可视化（3D显示） ]p$zvMf}  
- 波前差探测 $Sb@zLi)  
- 场分布和相位计算 J~dTVBx  
- 光束参数（M2值，发散角） ; J2-rh  
 模拟/设计 @"8~Y|L93  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 k5X b}@
  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： !`C%Fkq  
 分析和优化整形光束质量 W uf/LKj  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 ,o)4p\nV  
h[H%:743  
系统说明 (rMZ  
A\C'dZ <N  
c *1S}us  
模拟和设计结果 qC.i6IL  
S.]MOB dt  
数值探测器结果 :A*0]X;  
FF@`+T  
> Z++^YVE  
lWlUWhLnP  
xPvRQ  
总结 `5<1EGJsD  
R.UumBM  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 !VNbj\Bp  
1.模拟 LT(?#)D  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 &oc_a1R  
2.评估 Mz}i[|U\  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 *2#FRA#q  
3.优化 '^B3pR:  
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。 :}y| 4*z  
4.分析 2MT_#r_  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 {]@Q
u"M  
2mq%|VG'  
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。 UU"d_~pp  
<THUsY`3P&  
详述案例 H8<m9zDvl  
hy=u}^F.C  
系统参数 Pzptr%{  
dv[\.T`LY  
案例的内容和目标 {a@hRY_  
=<>pKQ)[  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 #Wq#beBb  
*XOS.$zGz  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 4UazD_`'  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 o6/Rx#A  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 ?.~]mvOR  
w@2~`<Hk'"  
模拟任务：反射光束整形设置 ]'E}   
引入的反射光束整形装置是基于一个反射镜系统，此系统由两个抛物面圆柱反射镜镜与抛物面截面反射镜组成。焦点距离和镜子的位置取决于输入光束的发散角。 &R0OeRToUb  
*<?XTs<  
rQ &S<  
8`DO[Z  
KKV)DExv?  
=;g=GcVK  
规格：像散激光光束 +=Yk-nJ  
fls#LcI9>6  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 O<bDU0s{M  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 FE>3 D1\  
E+:.IuXW$  
|
zT%$  
R&#[6 r(h  
BZ2nDW*%  
/5jKX 5r  
规格：柱形抛物面反射镜 jjYM3LQcdP  
                         G^ K*+  
 有抛物面曲率的圆柱镜 >QA/Mi~R  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 S]vW&r3`  
 曲率半径等于焦距的两倍 |x*{fXdMhr  
Tln9q0"W  
NYGmLbq  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） C+T&O  
(/('nY  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 a4L
s^  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） S_ZLTcq<1  
 离轴角决定了截切区域 o; 6fvn  
0T1HQ  
规格：参数概述（12° x 46°光束） IU7$%6<Y  
^}>zYt  
   o?;F.W_  
]sf2"~v  
光束整形装置的光路图 -3u@hp_  
IkiQOk  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 sg+ZQDF{x  
 因为离轴抛物面镜的位置是相对于它的焦点，那么到反射镜2的距离z必须是负的。 Gv!BB=ir(  
E"G:K`Q  
反射光束整形系统的3D视图 B>{|'z?%>  
?s1u#'aO  
pk;ffq@  
f37ji  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 6F@zCv"w  
 绿线表示生成的光轴，由VirtualLab的基础定位方法生成（仅仅设置了距离z和倾角）。 fG X1y  
-3C* P  
详述案例 Y1#-^,qg  
Pd)K^;em  
模拟和结果 7(yXsVq  
jl;kcGE  
结果：3D系统光线扫描分析 Cf.pTYSl  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 Wv6z%r<  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 sN6 0o 7.  
IyrZez  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd 3*CzXK>`M&  
6(ka"Vu~  
使用参数耦合来设置系统 k7:GS
,7  
1mT|o_K{ T  
h5LJijJ  
自由参数： 0ClX  
 反射镜1后y方向的光束半径 2neF<H?^o  
 反射镜2后的光束半径 Ymwx(Pm  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） 1<XiD3H;  
 由于功能原理，所有系统参数（距离，焦距，直径）可以由光束参数分析计算。 w/lXZg  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 Hv[d<ylO  
pb=jvK  
:6 Hxxh  
GVjv**U  
g28S3 '2  
[_g#x(=  
{{^Mr)]5K  
自由参数： ^q4l4)8jX  
 反射镜1后y方向的光束半径 ""25ay  
 反射镜2后的光束半径 K$Mx}m7l  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） JxX jDYrU  
 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。 *b$z6.  
W+#}~2&Dv  
UPfFT^=y  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 ir?Uw:/f  
u\Nw:Uu i  
9pVf2|5hj  
结果：使用GFT+进行光束整形 RO
J'-Vde9  
K B`1%=  
@&~OB/7B:  
q;1VF;<"vH  
cc2d/<:  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 xWC\954  
WU+Jo@]y  
>K_$[qP3  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 J9b?}-O)  
*pcbwd!/  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 O4b-A3:  
F8|5_214'  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： vOvxQS}dBp  
P+*rWJ8gQ  
)rs|=M=Xk  
Q70**qm  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd 3/A[LL|  
g9FVb7In_  
结果：评估光束参数 9a"Y,1  
;y?D1o^r8W  
[B2>*UPl  
 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。 4y]:Gqz~  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M²值感兴趣。 g|GvJ)VX  
w]o:c(x@  
/JK-}E  
 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。 %U=S6<lbj;  
 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） _Cv[`e.  
dCoi>PO  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd RAD4q"}k  
t9f4P^V`  
光束质量优化 c]g<XVI  
!SO$k%b}!  
}<}`Q^Mlk  
 通常，使用合适的高斯调制光阑以用于优化M²值。 因此，我们使用测量的半径作为腰束半径（消除发散角）来生成一个高斯光束。 RAv RNd  
 之后，将接收场转换成一个透射函数。 将该传输函数用作光阑（在一个透射函数元件中）。 Ul$
X%  
lt2Nwt0bv  
结果：光束质量优化 G+ $)W u  
!"Oj$c -  
5ykk11!p$  
 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。 %/6e"o  
Gw\G+T?M-  
J1c&"Oh  
\ ]kb&Qw  
 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。） Zs3]|bUR
 
MoKXl?B<  
#v~S",*.f  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd y3@x*_K8  
[o[v"e\w  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 $3]E8t  
0ez i?Um  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 @KXz4PU  
02

# b:  
+EiUAs~H  
 这意味着参数变化是的正态 :,}:c%-^"  
LDi ezi  
TReM
8Vd  
yZ?_q$4kEI  
p^zEfLTU  
 对于这个例子，假设每个反射镜都有±0.1°的角度偏差（绝对的方向）。 由于这个偏差，整形光束的波前差明显增加。 :)J~FV
Ly  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 }ygb
gyLa  
zfr(dQ  
\HP,LH[P:  
ko+M,kjwR  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run 21/a3Mlx#  
;FgEE%  
第一个随机公差的典型强度分布：（相应的均方根波前差：1.08λ，40.4λ，140λ） I3zitI;  
ZoNNM4M+  
R/Dy05nloe  
9tc@   
由于波前差和因此校准的偏差更大，M²值明显增加。可以使用高斯孔径来减少。 Vm1c-,)3  
#Zavdkw=d  
总结 9h,yb4jPP  
WEV{C(u<k!  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 EhP&L?EL  
1.模拟 c9g\7L,Z  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 t1RwB23  
2.研究 T`'
3Cp$q  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 c;|&>Fp  
3.优化 MlC-
Aad(  
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。 I|3v&E1  
4.分析 ]O9f"cj  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 W}e[.iX;  
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。