[技术]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） 7w{`f)~  
mI in'M  
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@,tf'Sr  
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B\v  
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简述案例 {M E|7TS=  
bTHa;* `  
系统详情 aM.l+D
P  
 光源 S,S_BB<Y[b  
- 强象散VIS激光二极管 QbqLj>-AJ  
 元件 :eQxdi'  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） }+#ag:M  
- 具有高斯振幅调制的光阑 kC9A  
 探测器 a$t [}D2  
- 光线可视化（3D显示） ? *I9  
- 波前差探测 3[aJ=5  
- 场分布和相位计算 &[\rnJ?D  
- 光束参数（M2值，发散角） ~`_nw5y  
 模拟/设计 .FHOOw1r=  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 :@b>,{*4zS  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： 9f,HjR
P  
 分析和优化整形光束质量 F<-Pbtw  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 'Dk(jpYB  
-R7f/a8  
系统说明 ~?b(2gn  
D|-]"(2i  
//Tr=!TQu  
模拟和设计结果 /e{Oqhf[n  
R!pV`N  
数值探测器结果 aeBth{  
V`fh,(:  
4?yc/F=kI  
^<|If:|  
RXx +rdF0  
总结 B4|%E$1+  
U-n33ty`H  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 R?&S]?H  
1.模拟 m_Fw;s/9  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 Gh{k~/B  
2.评估 GF/p|I D  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 4a2&kIn  
3.优化 u5CT7_#)  
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。 D *LZ_  
4.分析 ~C!vfPC  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 M;43F*  
swLgdk{8
n  
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。 Bxa],inuZ  
7L-%5:1%  
详述案例 TyBNRnkt  
s` 9zW,  
系统参数 W>DpDrO4ml  
ap6Vmp  
案例的内容和目标 iPFYG  
Bnxzy n  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 *V"
cu  
~l}TlRqL  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 RD_;us@&&*  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 O5=ggG  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 wyc,Ir  
EhD|\WLx!  
模拟任务：反射光束整形设置 =AKW(v  
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。 D{l.WlA.  
&J~S $  
Txfb-f!mv\  
%DV@2rC<  
-91l"sI  
c~tSt.^WX  
规格：像散激光光束 q;>BltU  
U|Jo[4A  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 @Op8^8$`  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 AQiP2`?  
<m6Xh^Ko;  
\iL,l87  
O?2
<rbx  
\YKh'|04  
tAC,'im:*  
规格：柱形抛物面反射镜 DS$ _"'g%i  
                         $>h#|?*?  
 有抛物面曲率的圆柱镜 @B'Mu:|f  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 :>;psR  
 曲率半径等于焦距的两倍 t~a$|( 9  
ZK ?x_`w  
{&<}*4D  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） ,m"ztu-  
@LE?XlhD  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 n47=eKd70  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） =3zn Ta }  
 离轴角决定了截切区域 a:|4q  
;OPCBdr  
规格：参数概述（12° x 46°光束） "aBd
0i&  
Zn/9BO5  
   <zf+Ii1:,  
,|4Ye  
光束整形装置的光路图 R^2Uh$kk{A  
QlS5B.h,  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 b$ 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。 op|mRJBq;  
wrO>#`Z  
反射光束整形系统的3D视图 <?zTnue  
Fm;)7.% >  
^kl9U+  
_ <;Q=?'*  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 >4ct[fW+  
 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）。 avpw+M6+  
!U#++Zig%  
详述案例 \i,cL)HM  
NI1HUUZz  
模拟和结果 osd^SnL1/5  
IP'igX  
结果：3D系统光线扫描分析 +_gT|vlU  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 ii;WmE&  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 p-pw*wH0  
ILi5WuOYX  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd NVjJ/  
=_'cG:=)  
使用参数耦合来设置系统 UTTC:=F+  
[\b_+s)eN  

/,Rc
a1W  
自由参数： ]hj1.V+  
 反射镜1后y方向的光束半径 |%}s$*s  
 反射镜2后的光束半径 j&/.[?
K  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） 5|R
2cc|"9  
 由于功能原理，所有系统参数（距离，焦距，直径）可以由光束参数分析计算。 IPO[J^#Me  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 ys/mv'#>  
S(J\<)b  
UPKi/)C;  
lkfFAwnc  
<!9fJFE  
M?B(<j1Ri  
mbBRuPEa=u  
自由参数： >'6GcnEb4.  
 反射镜1后y方向的光束半径 m IzBK]@^  
 反射镜2后的光束半径 *|H
Z&}  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） {F:v$ 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。 ;:c%l.Y2  
8'lhp2#h  
]VWfdG  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 x~;EH6$5'/  
z`/.v&<>V  
jAK{<7v4U  
结果：使用GFT+进行光束整形 `XxG"k\/S  
$a^isd4  

Tj=dL  
>Mn>P!  
-(w~LT$ "  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 d_
C4B  
b#g {`E  
L)lQ&z?  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 ~B!O~nvdQ  
A$~x
G(  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 ^W"Q(sh  
Iz)hz9k  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： g?~Tguv  
n`)7Y`hBhP  
C6d]tLE  
]&:b<]K3  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd PDIclIMS'F  
JT|u;Z*n  
结果：评估光束参数 5}
eQaW48  
*w/WHQ`xI  
Hl3
)R*&'J  
 从生成的整形光束场分布，可以评估光束参数。 可以直接通过使用探测器界面实现。 v'@b.R,  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M²值感兴趣。 0HR|aqPo  
VkpHz
r[k  
zq;DIWPIoJ  
 整形光束在x和y方向上显示了一个几乎相同的半径。 发散角大约是4urad。 XY{:tR_al  
 M²值明显高于1。（与理想高斯光束相比，高M²值是由光束偏离引起的） :wU_-{>>2  
Znta#G0  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd h `ME(U~<<  
@ EmGexLPM  
光束质量优化 A=%k/  
\E@s_fQ]  
"#twY|wW  
 通常，使用合适的高斯调制光阑以用于优化M²值。 因此，我们使用测量的半径作为腰束半径（消除发散角）来生成一个高斯光束。 <jUrE[x  
 之后，将接收场转换成一个透射函数。 将该传输函数用作光阑（在一个透射函数元件中）。 U,<]J*b(@4  
5r4gmy>  
结果：光束质量优化 qWO]s=V!  
S= -M3fP~  
1n'$Ji7  
 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。 4TUtY:  
A)hhnb0o  
s=N#CE  
uxOJ3  
 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。） I1)-,/nEjg  
PW%1xHLfk  
rLJ[FqS  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd v**z$5x9  
W|dpFh`  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 yI8m%g%  
hr
$Sa  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 s>|Z7[*  
dL_QX,X-]  
Wp5]Uk  
 这意味着参数变化是的正态 \+k, :8s/  
~uI**{  
TZ_rsj/t  
YwL`>?  
AkrTfi4hC  
 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。 5`{vE4A]q  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 pI7Ssvi^  
M8';%=@  
4:vTxNs&S  
n%/i:Whs  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run TbLe6x  
qy_%~c87  
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） 5YiZ-CQ>  
dv;9QCc'  
XOrcygb2  
XRa(sXA3  
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。 D_d|=
i  
Ic'Q5kfM  
总结 gnt45]@{  
}^"0T-ua  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 -~ 0] 7Cpl  
1.模拟 #?9Q{0e  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 Kax#OYLpg  
2.研究 &hayR_F9  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 0G5'Y;8  
3.优化 y%4 Gp  
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。 |olNA*4  
4.分析 '61i2\[lZQ  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 k6@b|  
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。