[技术]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） 42"nbJ  
gH'hA'  
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 j7gTVfO  
Y)pop:y t  
w(S~}'Sg*P  
EC[]L'IL  
简述案例 ?#(LH\$l_  
j<0;JAL  
系统详情 4=|Q2qgFV  
 光源 IjRUr\l  
- 强象散VIS激光二极管 Z.Z;p/4F  
 元件 $6wSqH?q  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） o^UOkxs.  
- 具有高斯振幅调制的光阑 J@_^]  
 探测器 vn$=be8l4  
- 光线可视化（3D显示） }s<;YC  
- 波前差探测 ^GY^g-R  
- 场分布和相位计算 Y!_c/!Tx  
- 光束参数（M2值，发散角） hB.8\-}QMq  
 模拟/设计 pY )x&uM!  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 md'wre3  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： n~|?)EL  
 分析和优化整形光束质量 3Q=\W<Wu  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 wyB]!4yy,  
.Hqq!&  
系统说明 g1[BrT,  
,;w~ VZ4  
T:{r*zLSN  
模拟和设计结果 #.HnO_sK_  
59l9_yFJ  
数值探测器结果 cRrJZ9  
_1G/qHf^S  
DAWF =p]  
"%^_.Db>|  
S8/~'<out  
总结 "ckK{kS4~  
cw 2!V@  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 ij-'M{f  
1.模拟 @U5gxK*  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 %?gG-R  
2.评估 Tt~[hC h  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 SIrNZ^I  
3.优化 fTy:Re  
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。 rY^uOrR>j*  
4.分析 MT>(d*0s  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 g&2g>]  
Y3:HQ0w`|  
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。 BX[IW
P\%  
E#(e2Z=  
详述案例 \z!lw  
TA*}p=?6?!  
系统参数 b=
MW;]F  
^\O*e)#*  
案例的内容和目标 >VIFQ\  
(b#M4ho*f  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 _yN5sLLyb  
W1"NKg~4  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 ^lV}![do!  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 # 2^H{7  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 dR\yRC]I  
JX5/PCO  
模拟任务：反射光束整形设置 3R%JmLM+R9  
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。 \HzmhQb+m  
o;Z"I&  
7:vl -ZW  
.cs x"JC  
"]]LQb$  
p )JR5z  
规格：像散激光光束 #btf|\D  
p!:oT1U  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 !|4]V}JQ  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 +\_\53  
d"-I^|[OM  
Ij4q &i
"  
-avxH?;?
7  
Ss5@n  
Q<V1`e  
规格：柱形抛物面反射镜 aIa<,  
                         nD eVYK  
 有抛物面曲率的圆柱镜 EL3X8H  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 8493Sw  
 曲率半径等于焦距的两倍 OjlX<y.  
+jB;  
!zOj`lx  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） [#@lsI  

X5.9~  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 w#A\(z%;x
 
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） xOShO"4Z   
 离轴角决定了截切区域 yD& Y`f#  
)Hin{~h  
规格：参数概述（12° x 46°光束） @u/CNx,`X  
D )`(b  
   %p)&mYK{  
3^wHL:u  
光束整形装置的光路图 T_Tu>wQX  
BrSvkce  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 dcmf~+T  
 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。 zL+t
&P[\  
UJqh~s  
反射光束整形系统的3D视图 n5"oXpcIx  
+zche  
Wm-$l  
-DHzBq=H  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 #3_g8ni5X  
 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）。 00i MU  
&':C"_|&r  
详述案例 yN`hW&K  
qVfn(rZ  
模拟和结果 GNM>hQ)h:  
|k}L=oWE  
结果：3D系统光线扫描分析 FD E?O]^  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 XTX/vbge3m  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 Q.Nw#r+m  

/# Jvt  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd %.`u2'^  
,_YI:xie|c  
使用参数耦合来设置系统 sdO8;v>  
<S7SH-{_\  
WynTU?  
自由参数： EmO[-W|2  
 反射镜1后y方向的光束半径 TE
o  
 反射镜2后的光束半径 :
35h0;8+  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） <?IDCOt ?  
 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。 iP9]b&  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 BQWgL  
&D[M<7T  
}a!|n4|`  
d m"R0>  
AKjobA#  
T'7>4MT(  
+~G:z|k  
自由参数： \;'#8  
 反射镜1后y方向的光束半径 #y#TEw,  
 反射镜2后的光束半径 =/a`X[9vI  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） 5|eX@?QF58  
 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 $%#n*  
^,=}'H]  
.{ILeG  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 ~.^:?yCA  
3O*
iv{-&  
ZhCz]z~tj6  
结果：使用GFT+进行光束整形 ;sYDs71y  
'MYKAnZ-i  
<Tgubv+J  
XN t` 4$L  
-eV*I>G  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 Ygg+=@].@  
(T2HUmkQ6  
) C~#W  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 ~2hzyEh  
11QZ- ^  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 -tWxBGSa@  
1r.2bL*~jw  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： r%=a:GdAg  
-}T7F+  
1S(oi  
n7ZJ< ~wl  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd @(=?x:j  
tq}sedYhee  
结果：评估光束参数 >clVV6B  
W^[QEmyn  
!X"nN9k  
 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。 R=Lkf  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M²值感兴趣。 ?$A)lWk(  
M-Vz$D/aed  
;6 d-+(@  
 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。 0[ "CP:u  
 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） n@kJ1ee'  
-u~:Gd*l0  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd ZI$P Qz2i  
LQ Ux}  
光束质量优化 EqD@o  
%<Qv?`B  
F\;l)  
 通常，使用合适的高斯调制光阑以用于优化M²值。 因此，我们使用测量的半径作为腰束半径（消除发散角）来生成一个高斯光束。 {s*1QBM$\Z  
 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）。 !Y UT*  
#]i^L;u1A  
结果：光束质量优化 0#yH<h$  
|iSwG=&  
:G9d,B7*  
 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。 {Gfsiz6  
.aWwJZ=[  
(mi=I3A(  
g] IPNW^n  
 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。） )knK'H(  
WQw11uMt@q  
0.!vp?  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd eUa:@cA  
8EiS\$O-  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 hP[/xe  
56C'<#  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 C)qG<PW.!  
S9b=?? M)  
FDBNKQV  
 这意味着参数变化是的正态 lnMU5[g{  
A#pH$s  
g:c?%J  
J~
@W":v  
Rdj3dg'<  
 对于这个例子，假设每个反射镜都有±0.1°的角度偏差（绝对的方向）。 由于这个偏差，整形光束的波前差明显增加。 7S=]@*  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 Bz,Xg-k+  
ed/ "OgA  
,HE{&p2y  
(i<\n`h1K  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run A$P Oc<  
8&x&Ou$("V  
第一个随机公差的典型强度分布：（相应的均方根波前差：1.08λ，40.4λ，140λ） 2I=
4l  
[8DPZU@  
ij_5=4aZ
-  
p4uO
bK,  
由于波前差和因此校准的偏差更大，M²值明显增加。可以使用高斯孔径来减少。 ^'sy hI\  
*gwo.s  
总结 6: R1jF*eG  
FhEfW7]0,  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 SrMfd7H8f  
1.模拟 yi-)4#YN  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 =ZV+*cCC=q  
2.研究 .nA9irc  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 sA"B/C|(g  
3.优化 se_Oi$VZ{  
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。 j->5%y  
4.分析 a|dn3R>vX  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 _>t6]?*  
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。