[技术]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） Pm1 " 0  
z'qV
EHc)  
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 9iFe^^<ss  
p_z"Uwp  
-ufmpq.  
5dgBSL$A}]  
简述案例 Mb>6.l  
uf;q/Wr  
系统详情 tl)}Be+Dt;  
 光源 87^ 4",  
- 强象散VIS激光二极管 1!f'nS  
 元件 jO,<7FPs5  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） uWWv`bI>x  
- 具有高斯振幅调制的光阑
c"YK+2  
 探测器 eYcx+BJ  
- 光线可视化（3D显示） c}QJ-I  
- 波前差探测 .HQ<6k:  
- 场分布和相位计算 4 P;O8KA5y  
- 光束参数（M2值，发散角） }-L@AC/\#  
 模拟/设计 o(``7A@7a  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 @}?D<O8#"#  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： V^{!d
}  
 分析和优化整形光束质量 x5|v# -F ^  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 6g"<i}_|  
*h4m<\^U  
系统说明 ,\M_q">npc  
Q'a N|^w"f  
hX_p5a1t  
模拟和设计结果 {@#L'i|  
!p&'so^-W  
数值探测器结果 =|!~0O  
O<h#|g1  
Qf|}%}%fp  
K D-_~uIF  
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raYE`'  
总结 S<_pGz$V  
1QJ$yr  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 ~yi&wbTjM  
1.模拟 N1!5J
(V4  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 >>bYg  
2.评估 5dp#\J@  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 _;q-+"6L;  
3.优化 ,&?q}M  
利用一个具有高斯形状孔径函数的光阑和经典场追迹引擎来优化M2参数。 W`'|&7~  
4.分析 iy82QNe  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 J\so8uT:  
Qg>GW  
对于复杂的光束整形装置，特别是离轴系统，可以使用VirtualLab来进行高效的模拟和分析。模拟过程中，根据情况应用不同的模拟引擎。 +7/*y}.U  
iFCH$!  
详述案例 &&]!+fTZ\(  
ZY!pw6R1>*  
系统参数 V3W85_*  
G r|@CZq  
案例的内容和目标 -NPkN%h  
c2\vG  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 /V<`L  
gyQ9Z}  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。  GQ0(&I  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 G^ZkY  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 ePRMv  
ba9<(0`  
模拟任务：反射光束整形设置 !;*2*WuO;  
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。 U9o*6`"o  
m90R8 V  
!;aC9VhSU  
RpK,ixbtA+  
H8BO*8}  
j'*p  
规格：像散激光光束 6+;2B<II  
0^&R7Rv c  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 TJ[jZuT:  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 Mto~ /  
'+I 2$xE  
3d'ikkXK  
a^T4\  
i5<Va@ru!s  
}Q=se[((  
规格：柱形抛物面反射镜 _Q}RElA  
                         ~<aeA'>OA  
 有抛物面曲率的圆柱镜 &/hr-5k  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 dezL{:Ya  
 曲率半径等于焦距的两倍 p@
8^gc  
mYjiiql~  
y]pN=<*h5  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） KaQq[a  
mERZ_[a2  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 'Tf#S@o  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） 5-5(`OZ{'  
 离轴角决定了截切区域 F}B/-".^  
S[hJ{0V  
规格：参数概述（12° x 46°光束） v8vh~^X%P  
,6orB}w?z  
   S7NnC4)=-f  
mf;^b.mKh  
光束整形装置的光路图 .FbZVYc]  
[OoH5dD  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 @2~O^5[>  
 因为离轴抛物面镜的位置是相对于它的焦点，那么到反射镜2的距离z必须是负的。 p-yOiG8b}  
k`7.p,;}U  
反射光束整形系统的3D视图 :YJ7J4  
[5p7@6:$u  
KB,~u*~!  
BtpjQNN  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 QVG0>,+}$  
 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）。 Fy_<Ui  
i9@;,4f  
详述案例 22Y!u00D  
Ss<_K>wk  
模拟和结果 sPE)m_u  
1^60I#Vr@  
结果：3D系统光线扫描分析 27*(oT  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 'e<HPNi)  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 ycl>git]  
"
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file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd }*B qi7E>  
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)2(\  
使用参数耦合来设置系统 FU(}=5n  
6& &}P79  
wHt#'`5  
自由参数： u_p7Mcb  
 反射镜1后y方向的光束半径 #GY&$8.u*  
 反射镜2后的光束半径 |>IUtUg\  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） w$b+R8.n)  
 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。 u1pc5 Y{  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 /H%<oAjp6  
e\^g|60f_  
s}[A4`EWH  
5!S
oN}$  
GTp?)nh^  
qlz9&w  
M|[@znzR<  
自由参数： jHu,u|e0>S  
 反射镜1后y方向的光束半径 1Es*=zg  
 反射镜2后的光束半径 _>gXNS r4u  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） +(=0CA0GE  
 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。 Mz/]DJ8  
9zoT6QP4  
wr3_Bf3]  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 t?]\M&i&  
F=-uDtQ<N  
{z5V{M(|w3  
结果：使用GFT+进行光束整形 5#TrCPi6A  
P0'e"\$  
o273|*  
H-/; l54E  
( Lok  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 inr%X
S/m  
o~OwE7H)A  
[):{5hMA  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 6?3
/Ul}  
QMXD9H0{  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 3d,-3U  
u%6Irdx  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： c N02roQl  
&Q-[;  
a"0B?3*r46  
krQl^~@  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd %sOWg.0_  
dWsT Jyx~  
结果：评估光束参数 B`?N,N"  
5y1or  
X+]L-o6I2  
 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。 7=7!| UV  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M²值感兴趣。 ]}mly`Fw  
iGG6Myp-  
zAeGkP~K  
 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。 x4CtSGG85f  
 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） -Z:]<;qU  
|?OdV<5C  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd .dD9&n;#^  
+
V)qep"  
光束质量优化 P'a0CE%  
;]2x  
Uj4Lu  
 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。 Ni+3b  
 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）。
zq,iLoY[R  
38[)[{G)Hv  
结果：光束质量优化 nkCecwzr-  
jrIA]K6  
mND XzT&  
 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。 gKmX^A5<  
7cIC&(h5  
El~-M`Gf  
:z B}z^8-  
 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。） cqeR<len  
k/df(cs  
. _1jk  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd sCVI 2S!L  
 DZ^=*.  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 "e~k
-\^Y  
jr9&.8%W:v  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 /nc~T3j  
RS'} nY}  
|r5e{  
 这意味着参数变化是的正态 q\a[S*  
o:_^gJ+|  
HV ;;  
92!JKZe  
Q(l
ku"U'  
 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。 Ee&hG[sx  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。  OQ6sv/  
\;-qdV_JB  
=g@R%NDNV  
=K&#.r  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run {]=v]O|,  
$Z/klSEf  
第一个随机公差的典型强度分布：（相应的均方根波前差：1.08λ，40.4λ，140λ） Z
)/6??/R  
,:^ N[b   
K>kLUcC7Z  
\ZS\i4  
由于波前差和因此校准的偏差更大，M²值明显增加。可以使用高斯孔径来减少。 JL.5QzA  
Yrpxy.1=F5  
总结 Wdo#?@m  
wa" uFW  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 &ik$L!iX  
1.模拟 M:_!w[NiLp  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 +O'vj  
2.研究 mG_BM/$  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 Sr&T[ex,.  
3.优化 _vL<h$vD  
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。 N0Gf0i>  
4.分析 fE^uF[-7?  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 B s,as  
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。