光束传输系统(BDS.0005 v1.0) -XoP ia2
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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 $ls[|N:y0l
tEd.'D8 s
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简述案例 i yYJR {aKqXL[UP 系统详情 xk~IN%\ 光源 yKagT$- - 强象散VIS激光二极管 |rRO@18dA 元件 @=S}=cl - 光束准直和整形的反射元件(例如圆柱抛物面镜) wHjLd$ +o - 具有高斯振幅调制的光阑 4] > ]-b 探测器 )-rW&"{U - 光线可视化(3D显示) tU wRE|_ - 波前差探测 Uh}seB#mJj - 场分布和相位计算 $V>98M>j - 光束参数(M2值,发散角) 59uwB('|lH 模拟/设计 [a[/_Sf{ - 光线追迹(Ray Tracing:):基本系统预览和波前差计算 K?x,T8<aW - 几何场追迹+和经典场追迹(Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing): Id'RL2Kq*& 分析和优化整形光束质量 {'+QH)w( 元件方向的蒙特卡洛公差分析 HY;o^drd 0Y=![tO8 系统说明 bZ_mYyBh =tTqN+4
W" "*ASi 模拟和设计结果 S&C1 TC 9ch#}/7B
YKZrEP4^ 场(强度)分布 优化后
数值探测器结果 ivgpS5 M`Y
23(=Xp3;>
6~:Sgt nU
SZ![%)83 c47")2/yO 总结 Nb2Qp
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UnDgu4#R`A 实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 (oK^c-x 1.模拟 5M]z5}n/ 使用光线追迹验证反射光束整形装置。 \b'xt 2.评估 u
D 5%E7 应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 )Ag/Qep 3.优化 I7 QCYB| 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。 .UCt|> $ 4.分析 `;,Pb&W~ 通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 <<9Va. RIM`omM 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。 ? ]sM8Bd} >>[/UFC)n 详述案例 SDG-~(Y
?8dVH2W. 系统参数 fqz28aHh XB hb`AG 案例的内容和目标 $m1<i?'m
1RLY $M 在BDS.0001,BDS.0002,BDS.0003和BDS.0004案例中,研究了折射光束传输系统。 <O?y-$~ sH,kW|D
2s*#u<I 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 1PaUI#X"2F 之后,研究并优化整形光束的质量。 ^da44Qqu 另外,探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 HC {XX>F^ A|#`k{+1- 模拟任务:反射光束整形设置 O40+M)e] 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。 wmNHT _
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80}+MWdo 75!9FqMZ} 规格:像散激光光束 'PZ|:9FX! p]D]:
Z}P 由激光二极管发出的强像散高斯光束 C<^YVeG 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 GJi~y
vq*Q.0 M+
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QZAB=rR
QR?yG+VU ;?fS(Vz~
规格:柱形抛物面反射镜 uy _wp^ aeyNdMk- 有抛物面曲率的圆柱镜 9L0GLmLk1u 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 %\O#&=$E 曲率半径等于焦距的两倍 A*h{Lsx; +1JH #mR4fst 规格:离轴抛物面圆柱镜(楔型) :pX`?Ew`g %A1@&xrbl 对称抛物面镜区域用于光束的准直 #T K~eHi 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜(楔型) \mM<\-'p 离轴角决定了截切区域 L(S'6z~_9 |LG4=j.l 规格:参数概述(12° x 46°光束) qL$a
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(;x3} ] IH48|sa 光束整形装置的光路图 Tl]e%A`| }uHrto3M
.9*wY0: 由于VirtualLab的相对坐标系统,则仅需设置z方向的距离。 :,;K>l^U 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。 5V[oE\B (GnuWc\p 反射光束整形系统的3D视图 _CBWb
$w)~O<_U
K`&oC8p [u@Jc, 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 qs\2Z@; 绿线表示生成的光轴,由VirtualLab的基础定位方法生成(仅仅设置了距离z和倾角)。 J2q,7wI# c5q9LQ/ 详述案例 DBLk!~IF ~0$NJrUy 模拟和结果 M}:=zcZ l (z7vl~D 结果:3D系统光线扫描分析 7*Qk`*Ii 首先,应用光线追迹研究光通过光学系统。 X)SDG#&+bF 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 rD?L 682Z}"I0 file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd ~"pKe~h *D4hq= 使用参数耦合来设置系统 &wd;EGGT!q
j.~!dh$mg
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cD&S/
自由参数: AT2v!mNyCw
反射镜1后y方向的光束半径 2Y}?P+:%>
反射镜2后的光束半径 1"8yLvtn
视场角,这决定了离轴取向(这些值保存为全局变量) mS>xGtD&K
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。 $p!yhn7
对于此计算,应用了嵌入的参数耦合功能。 gK#mPcn^
o)6p A^+
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NW~z&8L
=/<LSeLxH
Ze<K=Q%(i 自由参数: IJTtqo 反射镜1后y方向的光束半径 g&dPd7 反射镜2后的光束半径 W{z.?$SH 视场角,这决定了离轴取向(这些值保存为全局变量) $,I q;*7N 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。 {NpM.; ['z[ 3X9b2RY*L/ 如果这个例子评估20个参数,那么返回到光路图(LPD)。
x@mL $ i'stw6*J MT(o"ltQ 结果:使用GFT+进行光束整形 NmK8<9`u A5,t+8`aci
|+ N5z Bwr3jV?S yx V:!gl 现在,利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。
q'pK,uNW R1&unm0 Y_`- 9'& 由于离轴设置,光线分布显示出轻微的不对称形状。
Y`+=p@2O2o e \O/H< 不过,场分布几乎是对称的(最好是使用伪色(false colors))。
f%5zBYCgC G!4(BGx& 产生的相位是完全平坦的,产生的波前误差:
.4.b*5 2Q;9G6p
2r$#m* Kn+S, 1r file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd
]weoTn: zy*/T>{# 结果:评估光束参数 hdTzCfeZ5@ t|t#vcB aq7~QX_0G 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。
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BJ,&E 在这个例子中,我们对光束半径,发散角和M²值感兴趣。
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@aJ!PV'ms VDTcR 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。
&.TTJsKG h 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)
\uss Uv %s19KGpA file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd
8[6o ( Jk,;JQ 光束质量优化 Z{'i F U]a*uF~h +{sqcr1G 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。
x@8a'' 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)。
/VG2.: |>@W
]CX[ 结果:光束质量优化 q -8t'7 Z"unF9`"1 ctcS:<r/3@ 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。
G:g69=x y O12eH
o M Zq+> 6'xsG?{JY 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。)
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}-~l!
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd
dH( ('u[ <FZ@Q[RP 反射镜方向的蒙特卡洛公差 LdJYE;k Ju ws4cF
N9P? 对于公差,在随机模式下我们使用参数运行特性。
arf8xqR-U] qWw\_S |JCU<_< 这意味着参数变化是的正态
\TU3rk&X vm>b m
O$4yAaD
X Mw9 \EhA 1'?4m0W1 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。
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这意味着,波前对对齐误差很敏感。
.bio7c6 (Cqn6dWK
8V~vXnkM 2;w*oop,O file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run
dO%W+K mc4i@<_? 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)
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D= 7c(
0wS+++n$5 .9.2Be 由于波前差和因此校准的偏差更大,M²值明显增加。可以使用高斯孔径来减少。
yr,=.?C- z;y:9l 总结 R
LD`O9#j }V\N16f 实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。
}l=xiAF 1.模拟 "jw<V,, 通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。
R4-~j gzx 2.研究 m)oJFF 为了计算场分布和评价光束参数,应用几何场追迹+(GFT+)引擎。
={u0_j
W 3.优化
ge8/``= 通过使用显示出高斯整形孔径函数和经典场追迹引擎来优化M2参数。
-44l^}_u 4.分析 G z)NwD 通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。
W6Y@U$P#G 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。