[技术]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） p7);uF^O%  
\2nUa ;  
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 :q ti  
0~HKiH-  
6UevpDB  
D
vPlV q~  
简述案例 J\J?yo 6  
".SJ~`S  
系统详情 <F'X<Bau  
 光源 .P.z
B}0=  
- 强象散VIS激光二极管 #Pw2Q  
 元件 7Q7-vx  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） FW) x:2BG  
- 具有高斯振幅调制的光阑 uMut=ja(U  
 探测器 4VHqBQ4  
- 光线可视化（3D显示） <WjF*x p  
- 波前差探测 hj  
- 场分布和相位计算 /R~1Zj2&  
- 光束参数（M2值，发散角） $KUos+%  
 模拟/设计 z?[r  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 Dw=gs{8D  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： hdnTXs@z  
 分析和优化整形光束质量 {D?50Q  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 ^M%uV  
;l&4V  
系统说明 LUH"  
H~GQ;PhRx  
MS>t_C(  
模拟和设计结果 .~Fp)O:!  
F.-R r  
数值探测器结果 !Gu%U$d  
S;~g3DCd  
'; =f  
-od!J\KCy  
AtU v71D:  
总结 u$*56y  
E Q4KV  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 zUkN 0  
1.模拟 $={:r/R`i  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 lY~4'8^  
2.评估 D'L'#/hK  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 AS E91T~  
3.优化 "jTKSgv+q5  
利用一个具有高斯形状孔径函数的光阑和经典场追迹引擎来优化M2参数。 /&CmO>^e  
4.分析 c1$ngH0  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 b !%hH  
cTD!B% x  
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。 D?C)BcN  
lIUuA  
详述案例 oY1';&BO9  
28/ ADZ  
系统参数 [,K.*ZQi  
V[}4L|ad  
案例的内容和目标 NE/m-ILw  
JYrY
[',u  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 L
KCb_9  
{%VV\qaC
 
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 -+7uy.@cS  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 A a=u+  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 y"6y
!  
7_.11$E=H  
模拟任务：反射光束整形设置 Rl
qQ  
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。 -b9;5eS!  
q}/WQ]p} <  
Yk'9U-.mc  
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h%  
+$$$  
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nZM  
规格：像散激光光束 aM@z^<Ub  
J[A14z]#`  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 B!dU>0&Ct  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 uQ=^~K:Z~  
HJ2*y|u  
o]ag"Q  
-DN8Yb  

h)6GaJ=  
) c/% NiN  
规格：柱形抛物面反射镜
!IC-)C,q  
                         $`8Ar,Xz`  
 有抛物面曲率的圆柱镜 9%iUG(DC  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 "+z?x~rk  
 曲率半径等于焦距的两倍 kM'"4[,nz  
[97KBoSU  
N7b1.]<  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） \":?xh_H  
ari7iF~j  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 &n[~!%(  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） ]l@ qra  
 离轴角决定了截切区域 kW`r=u  
zP:cE  
规格：参数概述（12° x 46°光束） >Jw6l0z  
T"p(]@Ng  
   zOHypazOTq  
o7TN,([W  
光束整形装置的光路图 l{:a1^[>y  
cO\-  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 dL
vJh#`o  
 因为离轴抛物面镜的位置是相对于它的焦点，那么到反射镜2的距离z必须是负的。 @)>D)
)+  
aZe
t0?Qr  
反射光束整形系统的3D视图 {/LZcz[  
:^'O}2NP  
T# lP!c  
FZ|CqD"#  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 dl5=q\1=  
 绿线表示生成的光轴，由VirtualLab的基础定位方法生成（仅仅设置了距离z和倾角）。 R8
-^RvG  
.lBgp=!  
详述案例 .6m "'m0;  
li] 6Pj,  
模拟和结果 dI*'!wK  
[EY`am8[  
结果：3D系统光线扫描分析 2$ !D* <  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 R0;efD  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 _Cy:]2o  
U{~SXk'2+  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd %d m-?`  
Eq^uK
i  
使用参数耦合来设置系统 mmEp'E  
|!H?+Jj:  
Sd))vS^g  
自由参数： ~=&t0D  
 反射镜1后y方向的光束半径 xU S]P)R  
 反射镜2后的光束半径 C}?0`!Cc%  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） zSv^<`X3  
 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。 #FYAV%pi  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 z[#Fog  
mxFn7.|r~  
V (rr"K+  
Aaw(Ed  
'PlaMOy  
~|Z'l%<Os  
tZ2K$!/B  
自由参数： u/Fj'*M  
 反射镜1后y方向的光束半径 a :HNg  
 反射镜2后的光束半径 wU`!B<,j  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） .wK1El{bf  
 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。 ^1jk$$f  
yPu4T6Vv  
[U\
(G  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 )F pJ1  
R^MiP|?ZH  
E1Q0k5@  
结果：使用GFT+进行光束整形 0{^H]Y  
VY+>=!  
#\4 b:dv  
jU=<
r  
wH"kk4^  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 {SG>'KXZ  
VjbG(nB?_  
+&ZX$  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 C:\(~D*GS  
Wv K(G3  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 {UH9i'y:t  
$E(XjuS  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： -NM0LTF  
\ Aq;Q?  
zuL7%qyv  
xi'<y  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd tkuc/Z/@  
W7UtA.2LT  
结果：评估光束参数 TYjA:d9YH  
G+"8l!dC?  
V!|e#}1/  
 从生成的整形光束场分布，可以评估光束参数。 可以直接通过使用探测器界面实现。 0,FC YTtj$  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M²值感兴趣。 ua 8m;>R  
S|R|]J|  
;vO@m!h}U  
 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。 iRV;Fks  
 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） 3vJ12=  
mVm4fHEYwU  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd J\W-dI  
<9@7,2  
光束质量优化 M?o{STt  
B}*V%}:)  
K5 vNhA  
 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。 H`<?<ak6'M  
 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）。 6 ,N6jaW  
 pbB2wt  
结果：光束质量优化 a0d ,

 
t]m!ee8*X<  
dc^Vc{26Z  
 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。 aqQ o,5U>  
<jd/t19DB  
B.-A $/  
dl[ob,aCK  
 然而，光束半径是略有减少。（光束半径显示在最后一张幻灯片是由于其偏离了理想高斯。） w@N{@tG  
o+)A'S  
sQk|
I x  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd e)pTC97^L  
Uu2N9.5  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 mC(u2  
~Q!~eTw  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 e`DsP8-&v  
q]v,  
a%[q |oyR  
 这意味着参数变化是的正态 7,_-XV2  
w yD%x(  
\8_V(lU   
/"0as_L<  
Ff/Ig]Lb  
 对于这个例子，假设每个反射镜都有±0.1°的角度偏差（绝对的方向）。 由于这个偏差，整形光束的波前差明显增加。 q0|ZoP  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 7t4v~'h;5e  
ku3D?D:V  
oYq,u@oM  
my[,w$YM  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run </w7W3F  
QV)}3pW  
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） 7&t~R}&|  
j7sU0"7^  
ib Ue*Z["1  
;qVG \wQq  
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。 _SF!T6A  
DB Xm  
总结 GEi MmH?  
^fZGX<fH   
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 j&llrN  
1.模拟 (1y='L2rj  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 W%zmD Hk~  
2.研究 77_g}N  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 H:E5xz3VQ  
3.优化 :xN8R^(  
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。 Uf[T_  
4.分析 U$@83?O{iM  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 BGA%"b  
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。