[技术]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） hXTfmFy{n  
42dv3bE"  
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 &QHJ%c  
I C  
!d72f8@9  
d[a(uWEl  
简述案例 nR_Zrm  
CHgip&(.F  
系统详情 $[|(&8+7  
 光源 luoQ#1F?sl  
- 强象散VIS激光二极管 !&:=sA  
 元件 d(q1?{zr4  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） g|~px$<iY  
- 具有高斯振幅调制的光阑 (0 T!-hsP  
 探测器 u$T]A8e  
- 光线可视化（3D显示） $bTtD<a  
- 波前差探测 :q9!  
- 场分布和相位计算 ,L<JG  
- 光束参数（M2值，发散角） @Xo*TJB  
 模拟/设计 Rc1j^S;>  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 JEto_&8,C  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： }A3/(  
 分析和优化整形光束质量 JS/'0.  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 Q}AZkZ  
AB3_|Tza~&  
系统说明 :v^/k]S  
f.6>6%l  
@| z _&E  
模拟和设计结果 ] ?DU8  

B>2R-pa4~  
数值探测器结果 n>
'(d*[e&  

7]VR)VAM  
@A,8>0+  
!rnjmc  
hP6f  
总结 J^7m?mA  
~]KdsT(=_  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 '@{:FrG*U  
1.模拟 e9LX0=  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 @)Vpj\jM-C  
2.评估
7#LIGr  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 !*#9b  
3.优化 *Soi  
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。
#NM)  
4.分析 a#p+.)Wm  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 Fd9[Pe@?`  
Nv5^2^Sc=  
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。 Pe%[d[k  
`D+zX
 
详述案例 JQQyl:=  
6"-$WUlg  
系统参数 xFu ,e  
?|M-0{  
案例的内容和目标 _}R$h=YD  
I}8e"#  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 (5$Ge$  
E*'YxI  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 SAm%$vz%M  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 Y'/6T]a  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 C*Q7@+&  
2!%)_<  
模拟任务：反射光束整形设置 pBqf+}g4  
引入的反射光束整形装置是基于一个反射镜系统，此系统由两个抛物面圆柱反射镜镜与抛物面截面反射镜组成。焦点距离和镜子的位置取决于输入光束的发散角。 //@6w;P  
+g1>h,K 3  
k{*EoV[.$  
Z`-$b~0  
mE~WE+lw9  
0,hs%x>v  
规格：像散激光光束 5_9`v@-4_  
r5j$FwY  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 \,;glY=M!  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 ".}R$W  
?_H9>/:.  

N'b GL%  
!S?Fz]  
P-X|qVNK1Z  
k^7!iOK2  
规格：柱形抛物面反射镜 }IygU 6{G  
                         'n|U   
 有抛物面曲率的圆柱镜 Pe:)zt0  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 h8V*$  
 曲率半径等于焦距的两倍 ^wy  
yi8vD~aA[  
u7e$Mq  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） ^; KCE  
;lmg0dtJ  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 Fo3*PcUv  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） :hICe+2ca  
 离轴角决定了截切区域 )
"TVR{I%B  
qGX@mo({  
规格：参数概述（12° x 46°光束） $:u*)&"t|  
ykQb;ZP8jh  
   }Y-V!z5z!  
ld(60?z>FH  
光束整形装置的光路图 P(PBOB97  
OP!R
>|  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 M~zI;:0O  
 因为离轴抛物面镜的位置是相对于它的焦点，那么到反射镜2的距离z必须是负的。 jr6 0;oK+  
.vHHw@  
反射光束整形系统的3D视图 |5flvkid  
v7(7WfqP  
APl]EV"l  
mAlG}<  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 S$b)X"h  
 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）。 59nRk}^$se  
X1w11Z7o  
详述案例 inW7t2p<s  
";.j[p:gi  
模拟和结果 7#JnQ| ]  
,X/j6\VBO  
结果：3D系统光线扫描分析 _sy{rnaqvb  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 q%,86A>  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 .$~3RjM  
]{=y8]7  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd XU7to]'K  
q&=z^Ln!G  
使用参数耦合来设置系统 =*fq5v  
La6 9or   
F,vkk{Z>  
自由参数： X!h>13fW  
 反射镜1后y方向的光束半径
Q7y'0s  
 反射镜2后的光束半径 A^}#  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） !=S?*E +j)  
 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。 7bYwh8  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 6EC',=)6R  
0$Tb5+H5  
W$]qo|2P  
u'? +JUd1  
>!5RY8+  
v[|-`e*  
q=^;lWs4  
自由参数： r?)1)?JnHe  
 反射镜1后y方向的光束半径 L)M{S3q,  
 反射镜2后的光束半径 iq3)}hGo  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） F7'MoH  
 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。 l!gX-U%-  
`Ku:%~$/  
6}Y==GPt  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 0;x&\x7K
 
_'!qOt7D  
Wpf~Ji6||  
结果：使用GFT+进行光束整形 7&,$  
HG /fp<[   
QcWg  
b7hICO-w  
-e$ T}3IV  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 yVVyWte,  
!>'A2V~F  
=zH)R0!eG  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 S.[L?uE~F  
S?Cd,WxT  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 WCY._H>|   
LawE3CD  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： ?h1g$SBxk  
tJ\v>s-f  
U;kNo3=  
kJ%a;p`O  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd l`#rhuy`  
dB~A4pZa  
结果：评估光束参数 p+ReQ.5|  
pzt<[;  
$$Tf1hIg  
 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。 {li Q&AZ  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M²值感兴趣。 N[-$*F,:_  
o5RvxGN  
,2 xD>+=  
 整形光束在x和y方向上显示了一个几乎相同的半径。 发散角大约是4urad。 I]+OYWp  
 M²值明显高于1。（与理想高斯光束相比，高M²值是由光束偏离引起的） EPwU{*F  
zk1]?  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd tSni[,4Kq  
+P+h$gQ  
光束质量优化 -p0*R<t  
1Z?uT[kR  
;TC]<N.YJT  
 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。 XFWE^*e=B  
 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）。 Zqf ovG
 
Hi2JG{i  
结果：光束质量优化 6J- /%  
\PZ;y=]p}  
#lik: ?  
 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。 [OPF3W3z  
Ya~Th)'>q  
OZz/ip-!lc  
\d.\M  
 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。） -|u yJh  
5{
!"}  
C \5yo  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd 3A0Qjj=  
@K S.H  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 vo:h"ti  
(Qo
jIdHt  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 ,c`Wmp^AY  

F(/Ka@  
} gwfe H
 
 这意味着参数变化是的正态 7wY0JS$fz  
iZ/iMDfC  
XR<g~&h  
a6A~,68/V  
sUQ Q/F6  
 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。 yK"HHdYTV  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 UHk)!P>  
V@y&n1?6  
pI.8Ip_r  
fGA#0/_`  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run !M)] 1Y
 
Z:<w
B#G  
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） eNH9`Aa  
S|KUh|=Q  
=j20A6gND  
~PAI0+*"q  
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。 pVzr]WFx  
4$mtc*tzT  
总结 !?J-Y  
-2u)orWP  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 1fM`n5?"  
1.模拟
j,9/eZRZ  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 \J#&]o)Y  
2.研究 6#qt%t%?D  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 ^xScVOdP  
3.优化 >[nR$8_J-l  
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。 ~e)"!r  
4.分析 GjN6Af~}  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 Yi[MoYe/K  
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。