[技术]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） 5bw]cv$i  
bDkE*4SRX  
二极管激光光束使用无色散离轴反射装置进行准直和整形 2eK\$_b_  
miKi$jC}vq  
y"hM6JI  
I>xB.$A  
简述案例 "tark'  
PHXP1)^}S  
系统详情 U&5zs r  
 光源 Pjy?&;GvT  
- 强象散VIS激光二极管 9JtvHUkO  
 元件 D6]$P%t9  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） GlZ9k-ZRF  
- 具有高斯振幅调制的光阑 ~Qsj)9
 
 探测器 +E:(-$"R  
- 光线可视化（3D显示） ;Y'\:  
- 波前差探测 h=tu+pn  
- 场分布和相位计算 E oR(/*'  
- 光束参数（M2值，发散角） u s0'7|{q  
 模拟/设计 /$z@_U[L  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 l!y _P  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： ;40m goN  
 分析和优化整形光束质量 8_m9CQ6 i  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 _pGviGR  
FNM"!z  
系统说明 >l1Yhxd_0*  
hn|E<  
DRoxw24  
模拟和设计结果 <`3(i\-X  
C6M/$_l&a  
数值探测器结果 D.o|($S0  
X
gKG\C=3  
Y/66`&,{  
/vDF<HVzm  
\Ji2uGT  
总结 ;8T=uCi  
I 6YT|R  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 \#jDQ  
1.模拟 HdUW(FZ  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 F\R}no5C  
2.评估 emB D@r  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 _ICDtG^  
3.优化 b6Hk20+B;  
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。 bJF/d
aC5  
4.分析 l&Ghs@>Kl  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 ^6oqq[$  
{l&2Kd*  
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。 X9A[  
5{0>7c|.  
详述案例 8@KFln )[  
9:i,WJO  
系统参数 0r ; nz]'  
B9Q.s  
案例的内容和目标 &jZ|@K?  
 Gy6qLM  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 ]3,.g)U*m  
9*+0j2uhQ  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 z~e~K`S  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 @nX2*j*u  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 <lmJa#  
niEEm`"  
模拟任务：反射光束整形设置 tW:/R@@  
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。 \e8*vos  
6q[!X0u  
#K1BJ#KUt  
% rY8  
-f2`qltjb  
"E|r3cN  
规格：像散激光光束 ,e FQ}&^A  
UxcDDa/j2T  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 L sDzV)  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 ,PMb9O\B  
MupW=3.38  
Qy^z*s  
VUC <0WV  
k?/vy9  
9g &Ch
9-/  
规格：柱形抛物面反射镜 k\c &2T]
W  
                         T E&Q6  
 有抛物面曲率的圆柱镜 tkN3BQ  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 |] !o*7"4  
 曲率半径等于焦距的两倍 EdAR<VfleA  
PWk?8dL-  
zRy5,,i5=[  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） n*m"L|:ff  
&[ u6oAR  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 n;kciTD%wK  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） ,B~lwF9  
 离轴角决定了截切区域 #A/]Vs$  
+dgo-)kP(_  
规格：参数概述（12° x 46°光束） [|[sYo  
BgkB x  
   C
l9SPz  
?z@v3(b[  
光束整形装置的光路图 ikY]8BCc  
C^,4`OI  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 (9KDtr*(2i  
 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。 uspkn1-  
up
&NCX  
反射光束整形系统的3D视图 -4vHK!l  
 ^%5~;  
!u53 3  
f3zfRhkIk  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 H-_^TB  
 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）。 Ig02M_  
&Mhv XHI  
详述案例 %oh`EGmVP  
Txt%nzIu  
模拟和结果 bB;~,W&E1  
N753  
结果：3D系统光线扫描分析 t+3   
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 <V$Y6(uMs  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 L}}=yh6r  
:F^$"~(,  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd <78$]Z2we  
Mhb '^\px  
使用参数耦合来设置系统 FJa[ToZ4+  
R=vbUA  
bkr~13S{+  
自由参数： `Di ^6UK(  
 反射镜1后y方向的光束半径 ;|>q zx  
 反射镜2后的光束半径 ?w]"~   
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） {PODisl>\D  
 由于功能原理，所有系统参数（距离，焦距，直径）可以由光束参数分析计算。 sf |oNOz  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 ( zn_8s  
I&TTr7  
,DQGv_  
V[o7Jr~  
DKy>]Hca  
iK5]y+@8  
6R1wn&8  
自由参数： I.^
X2  
 反射镜1后y方向的光束半径 k4qLB1&,  
 反射镜2后的光束半径 [x;(cISK1  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） l|08  
 基于光束发散角和直径（x和y方向）焦点，可以计算并设置反射镜的直径和距离z。 3]O`[P,*%  
rc;7W:  
K1?Z5X(b  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 S}oG.r 9  
pU?{0xZH  
wGEWr2$  
结果：使用GFT+进行光束整形 6gj]y^}  
==%`e/~Y  
AMbKN2h1f  
K0tV'Ml#"  
Jj2g5={  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 ; cGv] A+  
]3n, AHA  
f
{)+-8  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 9#v-2QY  
@%6)^]m}r  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 Mw/?wtW  
oR*ztM  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： _*O7l  
S5uJX#*;  
0CPxIF&  
Ct4LkmD  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd qBT_! )h   
LtC~)R  
结果：评估光束参数 FX H0PK  
T"n{WmVQ  
!\QeBd+  
 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。 *8z"^7?^=  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M²值感兴趣。 "hL9f=w  
hS4.3]ei  
;avQ1T'{?g  
 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。 _b>F#nD,'%  
 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） ARPKzF`Wq  
/+>)"D6'  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd \I?w)CE@R  
^;.T}c%N  
光束质量优化 DW#
Bfo  
Ve)ClH/DW  
~|h lE z  
 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。 538fK9[  
 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）。 *D2Nm9sl  
WrNLGkt  
结果：光束质量优化 vkJ)FEar  
Y=r!2u6r~  
t{!/#eQC  
 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。 fV 3r|Bp  
Rq) 0i}F  
^7.XGWQ)-  
LIF|bE9kd  
 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。） )B6
# A0  
<0#^7Z  
2gt+l?O<PS  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd 7AFE-'S  
2Zy_5>~  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 UVrQV$g!  
*.oKI@  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 q(78fZ *X  
#<4--$Xo  
"f4<B-9<$  
 这意味着参数变化是的正态 v,{h:  
o]<jZ_|gB  
%,/lqcFo  
(?vK_{  
6JhMkB^h  
 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。 TjxA#D)   
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 xRlYr# %  
Ea-bC:>  
l;OYUq~F  
) V36t{  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run `z9J`r=I  
Z0-ytODII  
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） obO}NF*g^  
b._m8z ~  
eJHp6)2  
kx:j
I^  
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。 zzJja/mp  
Z, T#,  
总结 \:Za[6  
7NJFWz!  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 yoQ\lk  
1.模拟 x0A7O  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 9#qeFBI  
2.研究 &+01+-1hW  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 ]!Oue_-;  
3.优化 *nRNg
.i3D  
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。 !77NG4B  
4.分析 :HRT 
2I  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 */(I[p  
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。