[技术]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） AlW66YAuQ  
5RpjN: 3  
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 !GEJIefx_  
.Twk {p  
y {<9]'  
a"g!
e^  
简述案例 _M5|Y@XN-  
\`\ZTZni  
系统详情 a,#j =  
 光源 3fJc 9|  
- 强象散VIS激光二极管 Z@@K[$  
 元件 x*&|0n.D  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） A^EE32kbm  
- 具有高斯振幅调制的光阑 2Jmz(cH%  
 探测器 fCobzDy  
- 光线可视化（3D显示） rkY[E(SY  
- 波前差探测 ([LSsZ]sj  
- 场分布和相位计算 1"M]3Kl  
- 光束参数（M2值，发散角） ZH)="qx[  
 模拟/设计 M*HnM(  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 /mu*-,aeX  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： 6ez<g Uf  
 分析和优化整形光束质量 <)-Sj,  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 (%W&4a1di  
8rS:5:Hi  
系统说明 U,-39mr  
>:!X.TG$  
z4]api(xZ  
模拟和设计结果 \3aoM{ztD  
2nIw7>.}f  
数值探测器结果 4l45N6"  
:#?5X|Gz  
<=0 u2~E  
W=qVc  
tX %5BTv  
总结
wInh~p  
oVfLnI;  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 Q &K  
1.模拟 )i^<r;_z  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 Q_X.rUL0w  
2.评估 0h\smqm  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 xZwLlY  
3.优化 ouFYvtFg  
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。 g:dH~>  
4.分析 NI [ pp`  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 QTX
t8I  
Pjjewy1}^  
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。 2=`o
_<P'"  
y6,/:qm  
详述案例 <drODjB  
B%76rEpvW;  
系统参数 ^R Fp8w(  
5BKt1%Pg  
案例的内容和目标 T iiWp!mX  
5ZK@`jkE  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 AKyUfAj3  
lqZ5?BD1  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 9-DZU,`P  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 ft
KTnK.  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 OAkZKG|  
\2"I;  
模拟任务：反射光束整形设置 d0Qd$ .%A  
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。 VAf1" )pC  
"4+WZR]  
3ojlB|Z  
^o1*a&~J@  
lXiKY@R#  
P} SCF  
规格：像散激光光束 DYxCQ D  
Z}l3l`h!  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 OFv%B/O  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 u TK,&  
'~&X wZ&  
\6<=$vD  
YSh+pr  
W$OG(m!W>  
L3--r  
规格：柱形抛物面反射镜 U4-g^S[  
                         !&/{E [  
 有抛物面曲率的圆柱镜 Q[pV!CH  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 ps%q9}J  
 曲率半径等于焦距的两倍 X+S9{X#Cm  
}\#Rot>Y  
X{'q24\F  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） (Cd\G=PK  
]0)|7TV*  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 VG5+CU  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） a]/>ra5{  
 离轴角决定了截切区域 ]<pjXVRt"  
_m'Fr 7  
规格：参数概述（12° x 46°光束） 2.zsCu4lj.  
MIoEauf  
   s6zNV4  
d%,eZXg
'  
光束整形装置的光路图 lBTmx(_}}r  
7MHKeLq  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 "zRoU$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。 R
UT,Y4 b  
!l 1fIc  
反射光束整形系统的3D视图 5nO% Ke=  
M:3h e  
?5cI'  
xAe~]k_D  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 b7tOo7aH)  
 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）。 (egzH?  
M9@ri^x  
详述案例 ;b(p=\i  
K7W6ZH9;  
模拟和结果 okv1K  
:8+Nid)  
结果：3D系统光线扫描分析 xs:n\N  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 &2zq
%((r  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 q51Uf_\/  
nwaxz>;  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd )5U[o0td  
S.q].a  
使用参数耦合来设置系统 _DNHc*  
G\r?f&  
`Ru3L#@  
自由参数： p>;_e(  
 反射镜1后y方向的光束半径 #ap9Yoyk\  
 反射镜2后的光束半径 HnCzbt@  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） R&';Oro  
 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。 Gz[fG  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 x61U[/r  
<xC#@OZ  
?Cg>h  
wz.6du6-  
"=za??
\K}  
^:* 1d \  
(B-43!C  
自由参数： 15o?{=b[  
 反射镜1后y方向的光束半径 Ox'/`Mppw  
 反射镜2后的光束半径 -!L"'
)  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） 70mpSD3  
 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。 Vy,^)]  
njnDW~Snb  
1=a>f"cyf  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 0`A~HH}  
ZwerDkd  
UaViI/ks  
结果：使用GFT+进行光束整形 \Z/)Y;|mi0  
{ e5/+W  
F.=Bnw/-  
9Xo[(h)5d  
*[R eb%  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 V{&rQ@{W  
Cssl{B  
dVo.Czyd  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 U*P. :BvG  
yxq}QSb \3  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 lP!;3iJ B  
"a/ Q%.P  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： FwZ>{~?3  
P7f,OY<@%o  
^T,Gu-2>  
-+em!g'  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd pdEiqLhH  
$4T2z-  
结果：评估光束参数 W|,V50K  
&"mzwQX  
JQ-gn^tsy  
 从生成的整形光束场分布，可以评估光束参数。 可以直接通过使用探测器界面实现。 w7n373y%  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M²值感兴趣。 AkT<2H|4  
U"4?9. k  
V)i5=bHC  
 整形光束在x和y方向上显示了一个几乎相同的半径。 发散角大约是4urad。 l?)ZJ3]a  
 M²值明显高于1。（与理想高斯光束相比，高M²值是由光束偏离引起的） n%\ /J  
K[7EOXLy  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd ^p/O
b'!  
^@_m "^C  
光束质量优化 q;wLa#4)J  
*79m^  
S$^
RbI  
 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。 `[YngYw  
 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）。 ]}6w#)]"  
vHE^"l5v  
结果：光束质量优化 OLj\-w^  
<x),,a=X  
on7I l  
 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。 xlR2|4|8  
6Ik,zQL  
#s%-INcR  
Y}DonF  
 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。） @v*/R%rv t  
(?b@b[D~4  
G^1b>K  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd yRYWch  
*+b6B_u]  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 LN_OD5gZ  
iYbX  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 @E53JKYhY  
S-nlr@w8  
='E$-_  
 这意味着参数变化是的正态 =)OC|?9C\  
l#wdpD a{  
D8# on!  
pNE(n4v  
Z2bcCIq4  
 对于这个例子，假设每个反射镜都有±0.1°的角度偏差（绝对的方向）。 由于这个偏差，整形光束的波前差明显增加。 2`=6%s  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 j,2l8?  
W];EKj,3W  
swc@34ei\  
t%r :4,  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run >uI$^y1
D  
O;]?gj 1@  
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） qUF1XJZ}z  
0%;146.p  
L{ymI)Y^  
efuK  
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。 8S;CFyT\n  
i(6J>^I  
总结 &(xUhX T  
vVs#^"-nW  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 pD@zmCU  
1.模拟 !1uzX
Kb  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 ~-F?Mc  
2.研究 ~L+]n0*  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 '?GQ~Bf<>  
3.优化 IGAzE(  
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。 em]xtya  
4.分析 DjW$?>  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 qU[O1bN  
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。