[技术]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） P`z#tDT^"  
|#_IAN  
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 Y:o\qr!Y  
U|tUX)9O  
B$ty`/{w,B  
|5J'`1W  
简述案例 UqVcN$^b  
w=e_@^Fkx  
系统详情 )9F o  
 光源 $y%X#:eLJ  
- 强象散VIS激光二极管 Z8vMVo  
 元件 s?-@8.@  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） etnq{tE5  
- 具有高斯振幅调制的光阑 R#"LP7\  
 探测器 g2?kC^=z=  
- 光线可视化（3D显示） FKYPkFB  
- 波前差探测 !4;A"B(  
- 场分布和相位计算 0%x"Va~"z  
- 光束参数（M2值，发散角） U`)\|\NY  
 模拟/设计 Myj5qh  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 j?c"BF.  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： qKt*<KGeY  
 分析和优化整形光束质量 d6(R-k#B  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 MH wj
J  
x}^:Bs+j  
系统说明 0`WjM2So  
Go^a~Sf$  
j 3/ I=  
模拟和设计结果 o7:~C]  
]81t~t9LQ  
数值探测器结果 Q:L^DZkGV  
U-~6<\Mf  
""~b1kEt  
2OA0
rH"v  
p :v'"A}  
总结 g3V bP  
S['rfD>9  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 %-nYK3  
1.模拟 n'
?AZ4&z  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 i`nmA-Zj[  
2.评估 E=*82Y=B  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 -RLY.@'d-M  
3.优化 kT-dQ32  
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。 w
"PnN  
4.分析 v|K,  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 (7X|W<xT  
Os90fR  
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。 DPWt=IFU  
"V=IG{.  
详述案例 @V\
u<n  
Vx  Vpl@  
系统参数 &gxWdG}qx]  
k4C3SI*`4  
案例的内容和目标 Mzg zOM  
~M c'~:{O  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 3BZa}Q_  
~|:U"w\[=  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 *+i1m`6Q  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 MQ#nP_i  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 yv;KKQ
  
JI3x^[(Z  
模拟任务：反射光束整形设置 ShIJ6LZ  
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。 n%S%a>IQj  
,<CFjtelO  
_Xqa_6+/  
XfYbWR  
FHK{cE  
69"4/n7B?  
规格：像散激光光束 b)[2t^zG  
/g]NC?  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 gX%"Ki7.  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 {i^F4A@=Z  
"*bP @W  
3a\De(;  
\[J\I  
Dq~\U&U\$  
sd5)We  
规格：柱形抛物面反射镜 W]W[oTJ5  
                         +:_;K_h  
 有抛物面曲率的圆柱镜 ^$AJV%3wI  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 rJM/.;Ag  
 曲率半径等于焦距的两倍 W%wc@.P  
9_b_O T  
W; zzc1v  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） 1\X_B`xwD  
%
HD0N&  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 R*`=Bk0+  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） /8? u2 q  
 离轴角决定了截切区域 6QYHPz  
96d&vm~m1  
规格：参数概述（12° x 46°光束） \v_R]0m\  
u_=^Bd  
   O>LqpZ  

0t?g!  
光束整形装置的光路图 "!9FJ Y  
o}=c(u  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 @b9qBJfQ  
 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+Y_TJ%  
5D <  
反射光束整形系统的3D视图 HoO1_{q"  
s>I~%+V.?:  
YM,UM>  
m2\[L/W]  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 +&4@HHU{G  
 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）。 rM`z2*7%d  
2@Zw#2|
]  
详述案例 1l s8h  
}1mkX\wWP  
模拟和结果 Se.qft?D%(  
_/NPXDL  
结果：3D系统光线扫描分析 ?BRZ){)  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 .1f!w!ltVR  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 ?P;=_~X  
@ek8t2??x  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd m>^vr7  
zXW;W$7V4  
使用参数耦合来设置系统 [ e#[j{  
i 2 ='>  
l:OXxHxRi  
自由参数： $wcTUl  
 反射镜1后y方向的光束半径 ui80}%  
 反射镜2后的光束半径 DFQ`<r&!  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） sitgz)Ki^  
 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。 d~KTUgH'<  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 RREl($$p  
K_fJ{Vc>O  
XPLm`Q|1#t  
: cPV08i  
7[1VFc#tf  
BKK@_B"  
m A
('MS2  
自由参数： _^D-nk?  
 反射镜1后y方向的光束半径 7#j9"*
 
 反射镜2后的光束半径 ddY-F }z~  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） g,B@*2Uj  
 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。 DAy|'%rF1-  
w{riXOjS4  
>#y1(\e  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 +I@2,T(eG  
tm.&k6%  
v}=pxWhm  
结果：使用GFT+进行光束整形 BkB9u&s^  
*, R ~[g  
_ucixM#  
OI:T#uk5  
0zk054F'  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 1[-RIN;U8  
E)]emeGd  
;x&3tN/I  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 X;v{,P=J  
KVHK~Y-G  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 ceLr;}?Ws  
GS*_m4.Ry6  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： ]''tuo2g8  
lUiO|  
fO837  
)>]SJQ!k  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd @"iNjqxh  
{JM3drnw  
结果：评估光束参数 a?)g>e HN  
h1#l12k^'  
=H"%{VeC5  
 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。 Is97>aid  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M²值感兴趣。 :I^4ILQCD  
:(I=z6  
/x/W>J2  
 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。 V3_qqz}`r  
 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） =|d5V%mK  

<JZa  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd `Mo%)I<`=  
Y3xEFqMU  
光束质量优化 7>gW2m  
II.Wa&w}  
k,y#|bf,Y  
 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。 .>'J ^^  
 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）。 !)c0  
R~bLEo  
结果：光束质量优化 (; Zl  
2Mu(GUe;  
U27ja|W^  
 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。 |h:3BV_  
'YEiT#+/  
;e~K<vMm;y  
os(}X(   
 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。） 6uFGq)4p@  
jw]IpGTt  
gKb5W094@  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd C,u;l~zz  
RHq r-%  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 ]j(Ld\:L  
VE/~tT;  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 Bc#6mO-  
;"%luQA<w  

C%'eF`  
 这意味着参数变化是的正态 F#{PJ#  
_j<,qi  
td+[Na0d  
hpticW|  
fVBRP[,  
 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。 P+3)YO1C  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 =`%%
*  
,@2d4eg4  
5xG/>fn  
}Z\+Qc<<  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run 5TdI  
o-t!z'\l
O  
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） ?/s=E+  
#/pZ#ny  
nzu 3BVv  
lc0ZfC  
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。 k?=V?JWY
 
)5bdWJ>l  
总结 YCQ+9  
]9pcDZB  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 =j~}];I  
1.模拟 Th*mm3D6  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 |zL.PS  
2.研究 |&%l @X6  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 {EupB?  
3.优化 ~9ILN~91  
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。 r,dxW5v.  
4.分析 Qod2m$>wp}  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 QfM*K.7Sl  
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。