[技术]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） |vPU]R>
6  
@x@wo9<Fc  
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 m2\[L/W]  
&U_T1-UR2  
2@Zw#2|
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RDOV+2K  
简述案例 }1mkX\wWP  
Se.qft?D%(  
系统详情 _/NPXDL  
 光源 Hbl&)!I  
- 强象散VIS激光二极管 F*JbTEOn  
 元件 ~^J9v+  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） N *,[(q  
- 具有高斯振幅调制的光阑 jG%J.u^k  
 探测器 X2mZ~RB(p  
- 光线可视化（3D显示） IqFmJs|C  
- 波前差探测 ujLje:Yc  
- 场分布和相位计算 mYFc53B  
- 光束参数（M2值，发散角） -HvJ&O.V$  
 模拟/设计 p{x6BVw?>  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 ETm:KbS  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： uBw[|,yn2*  
 分析和优化整形光束质量 ^[VEr"X  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 eB9F35[  
i(YR-vYK  
系统说明 \rY\wa  
H<"EE1
5  
bD=R/yA  
模拟和设计结果 n]8*yoge  
EX@Cf!GjN  
数值探测器结果 x@*?~1ai  
qga\icQr  
k)zBw(wr  
D7Y?$=0ycb  
C'PHbo:  
总结 f\z9?Z(~  
s
>k4G  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 hyY^$p+  
1.模拟 SduUXHk
 
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 . |`)k  
2.评估 AD>/#Ul  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 |M EJ)LE7  
3.优化 9t
7 e~&R  
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。 !Pu7%nV.  
4.分析 -|
P7e  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 c^R "g)gr  
212 =+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。 X*a7`aL  
%;#9lkOXWH  
详述案例 N6v*X+4JH  
#fFD|q  
系统参数 _zLEHEZ-  
qv`:o `  
案例的内容和目标 w$`u_P|@E:  
&-x/c\jz  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 +B7UGI  
dBHki*.u  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 crJNTEz  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 V/)3d  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 xzRC %  
eTt{wn;6  
模拟任务：反射光束整形设置 nTsPX Tat  
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。 Y5TBWcGU%  
w$749jGx  
-./Y  
cSj(u%9}  
VKi3z%kwK  
kEg~yN  
规格：像散激光光束 Q8
DK
U  
`U
;V-  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 ^fM
=|.?  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 iz-O~T/^  
mW)"~sA  
~5Rh7   
bL5dCQxty  
&0mhO+g
 
V{0V/Nv  
规格：柱形抛物面反射镜 Fh)YNW@  
                         +7K]5p;!~  
 有抛物面曲率的圆柱镜 E}]SGU"  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 +>v{#A_u  
 曲率半径等于焦距的两倍 dRTpG
z  
:wJ!rn,4  
_[ `"E'  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） .gI9jRdKw  
gOk^("@  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 yAc}4*;T/  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） ,]?l(H $x'  
 离轴角决定了截切区域 @HXX
hYH  
taOsC!Bp  
规格：参数概述（12° x 46°光束） iainl@3Qj  
Os1y8ui  
   3*b!]^d:D  
< YuI}d~'  
光束整形装置的光路图 LZu_-I  
i)e)FhEY6  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 R7By=Y!t  
 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。 Ia)
^  
;:gx;'dm5  
反射光束整形系统的3D视图 GG_A'eX:I  
j8p'B-yS  
ZZ6F0FLXJ  
dkbKnY&  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 ;d
>  
 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）。 sfNAGez  
jfrUOl'l  
详述案例 2!Ex55  
O~&l.>??  
模拟和结果 ?jzadCel  
xE.=\UzJ  
结果：3D系统光线扫描分析 h-h}NCP  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 Web8"8eD  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 /7zy5  
  s/
'gl  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd }c,}+{q
 
Sq==)$G  
使用参数耦合来设置系统 g@"6QAP  
PZl(S}VY  
)+9D$m=P;  
自由参数： rQ$A|GJL  
 反射镜1后y方向的光束半径 s^{j  
 反射镜2后的光束半径 efP2C\  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量）
w02HSQ  
 由于功能原理，所有系统参数（距离，焦距，直径）可以由光束参数分析计算。 ;7<a0HZ5!  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 Dl/_jM  
;h3*MR  
\>/:@4oK  
"WYcw\@U  
 )Bk?"q  
C5RDP~au  
E(U}$Zey  
自由参数： (*fsv g~  
 反射镜1后y方向的光束半径 AQ 7e  
 反射镜2后的光束半径 c)E[K-u  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） |:r
/K  
 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。 "x$S%:p  
?3z+|;t6C  
Da-(D<[0  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 W\<#`0tUt  
t1Khf  
JkxS1  
结果：使用GFT+进行光束整形 =\%>O7c,8Y  
X-{:.9  
%#QFu/l  
4+k:j=x  
YJ16vb9  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 M9OFK\)  
=OZ_\vO  
\]ODpi 2  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 8:xQPd?3  
|b3/63Ri-0  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 }C&c=3V  
5PL,~Y  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： B=c^ma
  
^&rbI,D  
 xBG1up<z  
E0DEFB  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd : }IS=A  
+%Gm2e;_u  
结果：评估光束参数 M{4_BQ4$  
Nb9pdkf0  
er#=xqUY  
 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。 J;kbY9e  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M²值感兴趣。 zn~m;0Xi  
5#F+-9r  
Q8~
pIv  
 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。 NR[mzJv  
 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） 5k(#kyP  
t3
XMQ']  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd &sRJ'oc  
l&A`  
光束质量优化 mHMej@  
09?<K)_G  
f\^QV  
 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。 gPi_+-@  
 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）。 IyuT=A~Ki  
Q}T9NzOH%  
结果：光束质量优化 (~GFd7  
C(P$,;6  
^>p [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。 )AoFd>  
m&%b;%,J  
s?E:
]  
?f`-&c;  
 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。） aS7zG2R4H  
>D;hT*3  
YC_^jRB8n  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd ^hgAgP
{{  
ES2qX]I  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 IXN4?=)I  
g3XAs@  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 |Q;o538  
"p{'984r<  
t_
rDXhM  
 这意味着参数变化是的正态 rh&onp O  
$(R) =4  
gNd J=r4  
d
L` +^E>  
^-!HbbVv  
 对于这个例子，假设每个反射镜都有±0.1°的角度偏差（绝对的方向）。 由于这个偏差，整形光束的波前差明显增加。 |7$h@KF=S  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 hI8C XG  
z{d5Lrk  
"/?qT;<$)  
.[fz x`  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run QO.gt*"  
ODEXQl}R  
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） C(|5,P#5  
}6
>J  
m4wTg 8LJ  
Ol9fwd  
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。 ,<^HB+{Wo  
m[j3s=Gr  
总结 A*~1Uz\t  
i)i)3K2  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 &>l8SlC?  
1.模拟 <\g&%c,  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 /AW>5r]  
2.研究 P{!:pxu[  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 -<!17jy  
3.优化 !nq\x8nU  
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t@}dZ  
4.分析 ^&H=dYcV>/  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 ^u!Tyb8Dk  
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。