[技术]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） t+l{D#?a  
Q2)CbHSz  
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 u[<ij  
r+W;}nyf  
k^{}p8;3  
!^x;4@Ejm  
简述案例 g9.y`o}c  
Oj F]K,$  
系统详情 Y(<(!TJ-  
 光源 ul&}'jBr  
- 强象散VIS激光二极管 )F\^-laMuK  
 元件 {5NE jUu{j  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） Q>yO,H|  
- 具有高斯振幅调制的光阑 .5E6MF  
 探测器 L2Z-seE  
- 光线可视化（3D显示） e`eh;@9p  
- 波前差探测 IQ $/|b/  
- 场分布和相位计算 Yma-$ytp  
- 光束参数（M2值，发散角） q |Orv=v  
 模拟/设计
b(Nxk2uv  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 fAT+x1J\  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： r]B`\XWz  
 分析和优化整形光束质量 n.b_fkZNr  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 XE`u  
WX&0;Kr  
系统说明 m5%E1k$=  
d9.I83SS  
^fEer  
模拟和设计结果 w
u;^fL  
6#;u6@+}yy  
数值探测器结果 5`FPv4
 
J] )gXVRM  
AkEt=v
I  
FfM,~s<Efz  
X
Nr8,[c  
总结 wl0i3)e:  
"3$P<Q\;l;  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 Y?4N%c_;  
1.模拟 fU>4Ip1?y/  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 -1%AM40j  
2.评估 *XkgwJq  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 2&0#'Tb  
3.优化 _}l7f  
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。 #^9a[ZLj0  
4.分析 3a?dNwM@  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 *@fVogr^  
/&o<kY  
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。 $|o[l.q2  
bmw"-W^U[  
详述案例 q\d/-K  
4v#A#5+O E  
系统参数 a/gr1  
" XlXu  
案例的内容和目标 T5+ (Fz  
>8EmfjUoc  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 XSktbk  
|D~#9  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 '&F PkT:5  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 #RWmP$+#=  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。  <xwaFZ  

-f=4\3y3p  
模拟任务：反射光束整形设置 $c];&)7q  
引入的反射光束整形装置是基于一个反射镜系统，此系统由两个抛物面圆柱反射镜镜与抛物面截面反射镜组成。焦点距离和镜子的位置取决于输入光束的发散角。 nzl3<Ar  
4=ZN4=(_[  
t}2M8ue(&  
Ht7v+lY90^  
L r9z~T:ED  
F>"B7:P1:Q  
规格：像散激光光束 r^+n06[  
f=Kt[|%'e  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 N3|aNQ=X0  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 R
O8]R2A  
ZWy,NN1  
4@"n7/<  
ke5_lr(  
l/6(V:  
Z]k+dJ[-  
规格：柱形抛物面反射镜 86m
l.VOR  
                         cE3V0voSw1  
 有抛物面曲率的圆柱镜 2VgVn,c  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 E)%r}4u>  
 曲率半径等于焦距的两倍 e%v0EJ},  
v$EgVcK  
z{G@t0q  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） DTM xfQdk  
xwZ7I  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 (d}z>?L  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） 'Q4V(.  
 离轴角决定了截切区域 jrm L>0NZ  
@^K_>s9B  
规格：参数概述（12° x 46°光束） SkMBdkS9z[  
br7_P1ep  
   <UBB&}R0  
%^<A`Q_  
光束整形装置的光路图 _|KeB(W  
x#TWZ;  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 b`X"yg+  
 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。 !_LRuqQ?"  
GoRSLbCUR  
反射光束整形系统的3D视图 =RQ\i6Y  
I cz)Qtg|  
\&1Di\eL  
7Hp~:i30  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 he1OLk  
 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）。 #>(h!lT_  
t?cO>4*|  
详述案例 2F fwct:  
2ZZF hj  
模拟和结果 4I<U5@a  
'3V?M;3|K  
结果：3D系统光线扫描分析 7EukrE<b'  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 Jz'8|o;^  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 {;Ispx0m  
Q.`O;D}x  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd sXm,y$\m  
@qWes@  
使用参数耦合来设置系统 Z|dng6ck  
/Jw65 e  
VS_xC$X!S  
自由参数： tx01*2]pX  
 反射镜1后y方向的光束半径 L?p,Sy<RI  
 反射镜2后的光束半径 lhLE)B2a2  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） T<=]Vg)^r"  
 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。 D_4UM#Tw  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 ~LuR)T=%es  
pCm|t!,  
=lqBRut  
=/]d\JSp  
3~Vo]wv  
SUQk0
(M  
*1fZcw'C.  
自由参数： qX?k]m   
 反射镜1后y方向的光束半径 v3{[rK}  
 反射镜2后的光束半径 Z )f\^
 
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） fb||q-E  
 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。 TWFi.w4pY  
V=|X=:fuih  
4)=\5wJDg1  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 :6Oh?y@  
=2yg:D  
A(
>kp=~  
结果：使用GFT+进行光束整形 PgYq=|]`  
8!uqR!M<C  
Q #%C)7)  
sTALOL<  
yAt,XG3  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 ZT;:Hxv0N  
8=h$6=1S  
7f9i5E1  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 "Lp"o  
L?c7M}vV  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 &J~%Nt  
:jp4 !0w  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： M!ra3Y  
iqj ZC80  
z<rYh96uA  
5wws8w  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd >v DD.
 
ja2PmPv  
结果：评估光束参数 ^Q\O8f[u  
iVKX *kqc  
K{)YnY_E;  
 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。 -gP4| r8&  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M²值感兴趣。 D|1pBn.b]'  
H8}}R~ZO  
,^_aqH  
 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。 )!!xvyc  
 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） +'NiuN  
G'>z~I]6S  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd %7$oig\wE  
'e(`
2  
光束质量优化 ;-koMD!2F  
mne=9/sE"  
<A,G:&d~  
 通常，使用合适的高斯调制光阑以用于优化M²值。 因此，我们使用测量的半径作为腰束半径（消除发散角）来生成一个高斯光束。 EQ j2:9f  
 之后，将接收场转换成一个透射函数。 将该传输函数用作光阑（在一个透射函数元件中）。 jR^>xp;  
(!nhU  
结果：光束质量优化 Q7]VB p4  
p?X`f#  
kS$HIOt823  
 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。 (]yOd/ru/C  
3??*G8Yp  
dD2N!umW  
#]yb;L  
 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。） 4K@`>Y5g*  
hal3J  
Hset(-=X  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd S;"7d  
o6$Q>g`]  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 BW>f@;egg  
l/BE~gdl  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 p[QF3)9F  
[1Dg_
>lz  
_J51:pi  
 这意味着参数变化是的正态 U+!H/R)(  
uW&P1'X  
"-N)TIzLX  
-L/5Nbup  
MR90}wXE  
 对于这个例子，假设每个反射镜都有±0.1°的角度偏差（绝对的方向）。 由于这个偏差，整形光束的波前差明显增加。 Uv6#d":f;  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 ")U`Wgx  
`j59MSuK  
\jdpL1  
wR;_x x  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run Kt%`]Wp  
IkSzjXE{  
第一个随机公差的典型强度分布：（相应的均方根波前差：1.08λ，40.4λ，140λ） ;X u&['  
"R$ee^  
rs@,<DV)u  
:8;8-c  
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。 Pl=X<B
p  
ChLU(IPo6  
总结 Ms*;?qtrR  
1anV!&a<K(  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 bID'r}55  
1.模拟 <3;/,>^ Pm  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 g]C+uj^  
2.研究 #gOITXKs  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 V#W(c_g
 
3.优化 r4O*0Q_  
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。 ,vQkvuz  
4.分析 J=/|iW  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 (tEW#l'}  
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。