[技术]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） } jJKE  
~h3G}EH  
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 p lnH  
1$vGQ  
6[A\cs  
PO"lY'W.U  
简述案例 ewk7:zS/?  
H u;"TG  
系统详情 !2Nk  
 光源 k9rws  
- 强象散VIS激光二极管 .u&xo{$'dS  
 元件 kPs?  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） )C8^'*!  
- 具有高斯振幅调制的光阑 e`qrafa  
 探测器 W|>jj$/o  
- 光线可视化（3D显示） iX+8!>Q  
- 波前差探测 bzNnEH`^]  
- 场分布和相位计算 Z2$_9.  
- 光束参数（M2值，发散角） f $Agcy  
 模拟/设计 fI)XV7,X  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 3s!6rT_=)d  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： 1PwtzH.w  
 分析和优化整形光束质量 b}R_@_<u  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 s0?'mC+p  
DPzW,
aIgv  
系统说明 rV%68x9  
C{J5:ak  
:.*Q@X}-I  
模拟和设计结果 gS+X%  
pKc!sdC  
数值探测器结果 03fOm  
fg)*TR  
kzZgNv#G;  
PK:Lv15"r  
'
0+I'_(  
总结 #AGO~#aK  
crIF5^3Yby  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 ':4<[Vk  
1.模拟 Pw<?Dw]m  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 {S=<(A@  
2.评估 f 3H uT=n  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 M
T>sRx#  
3.优化 9!n:hhJM  
利用一个具有高斯形状孔径函数的光阑和经典场追迹引擎来优化M2参数。 1$T`j2s  
4.分析 2X2Ax~d@  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 %]LoR$|Y  
|URfw5Hm  
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。 M +OVqTsFU  
/+92DV  
详述案例 }h;Z_XF&  
n{4iW_/D  
系统参数 o!BC
R:  
fxcE1=a  
案例的内容和目标 X <xM '  
Y5GN7.  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 }'P|A  
^s6~*n<fH  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 LG,?,%_s  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 aE07#  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 y ~  K8  
@H?OHpJ"`  
模拟任务：反射光束整形设置 pqO3(2F9
 
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。 5>9Q<*  
}SSg>.48w  
bKS/T^UQ  
*/K[B(G  
2@a'n@-  
%.$!VTO"  
规格：像散激光光束 _K#7#qp2  
_ooHB>sH  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 VzSkqWF/"  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 l5w^rj  
Lmjd,t  
]#M"|iTR  
GcRH$
,<XG  
WDY\
Fj  
Bdh*[S\u@E  
规格：柱形抛物面反射镜 6E) T;R(@  
                         X{#^O/  
 有抛物面曲率的圆柱镜 \/1~5mQ+  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 oX)a6FXK>  
 曲率半径等于焦距的两倍 n/;{-  
-J63'bb7oi  
xCL)<8[R,}  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） 9mvy+XD  
&G%AQpDW5  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 ;0WAfu}#H  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） "-S!^h/v  
 离轴角决定了截切区域 "#wAGlH6>  
Ut~YvWc9  
规格：参数概述（12° x 46°光束） GThGV"  
+jrx;xwot  
   `P\H{  
R~oY R,L;  
光束整形装置的光路图 puMVvo  
3\ajnd|  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 [5xm>Y&}  
 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。 ;L87 %P(.  
`GqF/?i  
反射光束整形系统的3D视图 |u`YT;`!"-  
[uqr  
6p;Pf9 f  
7Z
]?a  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 tz65Tn_M  
 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）。 >%6j-:S  
W\<OCD%X  
详述案例 ;t7F%cDA  
im<!JMI  
模拟和结果 suQ`a_zJ  
C,;<SV2#  
结果：3D系统光线扫描分析 \Yp"D7:Qi  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 +q2\3REzx  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 J-=fy^S5  
Y]R=z*i%  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd LL:N/1ysG  
nS$4[!0  
使用参数耦合来设置系统 mn1!A`$  
:fX61S6)  
DDIRJd<J  
自由参数： >.39OQ#  
 反射镜1后y方向的光束半径 "nJMS6HJ[  
 反射镜2后的光束半径 n"iaE  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） ;N!n06S3  
 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。 hDJ+Rk@  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 hQ%X0X,  
g0~m[[
 
fm^tU0D
Y  
S%]4['Y  
hBZh0xy  
'lC=k7@x  
4cm~oZ  
自由参数： Lo'G
fHE  
 反射镜1后y方向的光束半径 tm34Z''.>  
 反射镜2后的光束半径 +7"UF) ~k  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） *s1o?'e  
 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。 LUx'Dm"  
$m.'d*e5  
3Qv9=q|[b  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 r+]a  
T?n[1%K  
YS9)%F=X  
结果：使用GFT+进行光束整形 $ ga,$G  
w0>5#jq#r  
$43CNnf3N  
@uxg;dyI~  
kyB>]2  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 B 4e}%  
5*"WS $  
m&*0<N  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 'wLW`GX.  
k3 '5Ei  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 <1V>0[[e  
|<YF.7r;  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： @$ )C pg  
5',b~Pp  
CwEb ?  
sGM
nm  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd )A;jBfr  
FP6JfI8  
结果：评估光束参数 0"@p|nAa  
z_&T>ME  
G~lnX^46"  
 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。 /X\:3P  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M²值感兴趣。 Z!?T&:  
2Q/V D,yU  
toox`|  
 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。 dfeN_0`-  
 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） Bm^8"SSN  
G
m\jboef]  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd No/D"S#  
sMw"C~XL  
光束质量优化 L-3wez;hm  
BI6`@}%7>  
TsRbIq[  
 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。 XOY\NMo  
 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）。 ,Hc,]TPC4  
cmLI!"RLe  
结果：光束质量优化 &4F iYZ  
MB5X$5it  
HtI>rj/\ x  
 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,1Iz@W1  
A%#."2vq~  
hniT
MO  
dC}4Er  
 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。） Fc"+L+h@W  
8x6{[Tx   
'P >h2^z  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd W QyMM@#  
cp 7;~i3  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 MW.,}f  
Ils
^t  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 _k5-Wd5Ypw  
`l}r&z(8  
8F`799[p  
 这意味着参数变化是的正态
N%8aLD  
o,y{fv:ki  
2W`<P2IA  
;ZLfb n3\  
u!VY6y7p  
 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。 Q92hI"  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 NIOWjhi[Jn  
[;i3o?\_I  
Q\v^3u2;m`  
GI*2*m!u  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run c:G0=5  
{nmBIk2v  
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） |/p2DU2  
_S#3!Wx  
V\><6v  
~bk+JK- >  
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。 s av  
0--0+?  
总结
mMV-IL  
lilF _y  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 qc`UDD5  
1.模拟 }>u<,
 
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 .1& F p  
2.研究 e$@azi1  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 mq~L1<f  
3.优化 5;-?qcb^w  
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。 ~w9ZSSb4  
4.分析 |yow(2(F@  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 #AUz.WHD  
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。