[技术]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） JdZ+Hp3.  
;3_l@dP"  
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 ?g!V!VS2  
&uC@|dbC5  
s=?g\oR  
iNwqF0  
简述案例 2lL,zFAq  
?FfC  
系统详情 p4p@^@<>X  
 光源 ]kG(G%r|M  
- 强象散VIS激光二极管 
^5r9 5  
 元件 v&Kqq!DE  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） ;gC|  
- 具有高斯振幅调制的光阑 r! Ay:r  
 探测器 )Ud-}* g  
- 光线可视化（3D显示） $%VuSrZ&  
- 波前差探测  |W<+U  
- 场分布和相位计算 :!zl^J;  
- 光束参数（M2值，发散角） k
o5V9Drc  
 模拟/设计 2w)-\/j}  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 mZ1)wH,  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： vM_:&j_?``  
 分析和优化整形光束质量 lsN~*q?~]  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 Fs[aa#v4B  
{mB0rKVm  
系统说明 d;n."+=[x  
>vo=]cw  
"vtCTl~t  
模拟和设计结果 M
Qin"\  

C*nB  
数值探测器结果 JI vo_7{  
.5  
s`>[F@N7.o  
|>z3E z  
"kZ[N'z(  
总结 -.{g}R%  
;2Q~0a|  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 ?)e37  
1.模拟 trE{FT  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 !Ra*)b"  
2.评估 ;NlWb =  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 9(":,M(/o  
3.优化 }<'5 z qS  
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。 n("0%@ov  
4.分析 41SGWAd#:  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 }%D^8>S  
>ooZj9:'  
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。 zRPeNdX  
0@AAulRl  
详述案例 "W(Q%1!Wi  
|g
*XK6  
系统参数 kY'T{Sm1^  
I[n^{8gz  
案例的内容和目标 .H,xl
e  
;t+ub8  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 B-l'
vVx  
YM DMH"3  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 >|;aIa@9  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 ^%`wJ.c  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 hdVdcnM  
-1J[n0O.  
模拟任务：反射光束整形设置 MMj9{ou  
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。 H8"@iE,  
 }K3x  
D1&A,2wO  
Bm]8m=p  
S%`0'lzzj  
(64yg  
规格：像散激光光束 NB<A>baL*  
B,{K*-7)MX  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 JY6 Qp  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 &~W:xg(jN  
q&d~ \{J  
5ls6t{Ci  
B7!3-1<k>  
A,4fEmWM  
~s5SZK*  
规格：柱形抛物面反射镜 2p"WTd  
                         0'IBN}  
 有抛物面曲率的圆柱镜 YY!Rz[/  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 ,TFIG^Dvq  
 曲率半径等于焦距的两倍 y:6; LZ9[  
KGg3 !jY  
J_;o|gqX  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） >vA2A1WhW  
AA7C$;Z15~  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 #_u~/jhX  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） Y0X-Zqk'  
 离轴角决定了截切区域 ?Ec7" hK  
rOVVL%@QqJ  
规格：参数概述（12° x 46°光束） hvaSH69*m  
,I,\ml  
   @mfEKU!  
/gG"v5]  
光束整形装置的光路图 {E8~Z8tT  
GP#aya  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 /~<@
*-'  
 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。 >qF CB\(  
Nal9M[]c  
反射光束整形系统的3D视图 o !U 6?  
^N)R=tl  
y_?Me]  
UNBH   
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 S.f5v8  
 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）。 q*>&^V$M  
X93!bB  
详述案例 WILMH`  
>j QWn@  
模拟和结果 <q@a~'Ai?!  
wY_)y  
结果：3D系统光线扫描分析 7yh/BZ1  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 a5TioQ  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 l~$+,U&XNe  
%B.yW`,X  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd .~7FyLl$  
)'+8}T]xQ  
使用参数耦合来设置系统 k-^mIJo}  
rQ qW_t%  
Ug<#
en  
自由参数： ]'=)2 .}  
 反射镜1后y方向的光束半径 ?snp8W-WB  
 反射镜2后的光束半径 Zo~  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） ?o|f':  
 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。 jJPGrkr  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 "9Q40w\  
Fkd+pS\9g~  
<d$x.in  
XMu9Uk{|  
_y} T/I9  
}WH&iES@P  
",KCCis  
自由参数： 9eQxit7  
 反射镜1后y方向的光束半径 ~ r438&  
 反射镜2后的光束半径 %#xaA'? [  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） (bH`x]h#  
 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。 =h5H~G5AT  
{C N~S*m  
1`qMj0Y_  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 waj0"u^#  
BdH-9n~,  
S(*sw 0O@+  
结果：使用GFT+进行光束整形 ^Xq 6:
 
LQRQA[^  
U!*M*s  
$m-2HhqZ  
WGZ9B^A  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 IS&ZqE(`e  
GkTiDm?  
st:`y=F_  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 UMm!B`M  
(jRm[7H  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 ]rH\`0  
Gsq00j &<Z  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： m!tbkZHQn0  
!C3MFm{B  
wc}5m Hs  
Ki$MpA3j  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd BMG3|N^  
eo?;`7  
结果：评估光束参数 .yqM7U_  
q=Sgk>NA  
pS'FI@.'{  
 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。 pm 9"4z  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M²值感兴趣。 lvBx\e;7P  
PGhY>$q>b  
RL@VSHXc  
 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。 vZaZc}AyL  
 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） ;S^
'V  
r")`Ph@yp  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd
kwo3`b

 
--HZX  
光束质量优化 c4^ks&)'  
%7IugHH9y  
l3Q(TH~I  
 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。 %,}A@H,  
 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）。 /'l{E  
lhAX;s&9  
结果：光束质量优化 j7$e28|_n  
jHE}qE~>5  
i@)i$i4
  
 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。 aW)-?(6>  
@s ?  
59Xi3KY  
:t8b39
  
 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。） }@'$b<!B  
cdl&9-}  
.oYl-.E>&  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd vNV/eB8#S  
RKHyw08  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 -Ta9 pxZk  
A+ZK4]xb  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 >z{d0
{\  
P;=n9hgHI  
`scR*]f1+  
 这意味着参数变化是的正态 1 d}Z(My  
v7BA[jQr  
_~IR6dKE  
GP!?^r:en  
{5U{8b]k  
 对于这个例子，假设每个反射镜都有±0.1°的角度偏差（绝对的方向）。 由于这个偏差，整形光束的波前差明显增加。
GK)?YM  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 ZRh~`yy  
 Ch&a/S}  
F\JM\{&F  
v5!d$Vctu  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run Z0x ar]4V  
w28o}$b`  
第一个随机公差的典型强度分布：（相应的均方根波前差：1.08λ，40.4λ，140λ） z1PBM
SG  
"CSsCA$/  
&S{RGXj_  
J*yf2&lI5  
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。 Zd^rNHhA  
cs,N <|  
总结 twL3\ }N/B  
AK,J7
 
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 q8X feoUV  
1.模拟 @| M|+k3  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 A
-H&  
2.研究 #|Y5,a,{  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 [w>$QR  
3.优化 3
KRd  
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。 "Gfh,e  
4.分析 YIn',]p:  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 ?{P"O!I{  
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。