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    [技术]反射光束整形系统 [复制链接]

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    科学家
     
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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2023-03-30
    光束传输系统（BDS.0005 v1.0） j[ fE^&  
    K*QRi/O  
    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 ~K7$ZM  
    ^MXW,xqb  
     ;4%Co)Rw  
    h/i L/Q=  
    简述案例     762c`aP_(  
    (XU( e  
    系统详情 M:5K4$>Kx  
    光源 `K%f"by  
    - 强象散VIS激光二极管 0x Er`]]U  
     元件 85}S8\_u  
    - 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） K Y=$RO  
    - 具有高斯振幅调制的光阑 "hbCP4  
     探测器 Jyz*W!kI  
    - 光线可视化（3D显示） X-_ $jKfM  
    - 波前差探测 @'~7O4WH  
    - 场分布和相位计算 BzXTHFMSy  
    - 光束参数（M2值，发散角） 83i;:cn  
     模拟/设计 ja-,6*"k  
    - 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 )` ^/Dj;  
    - 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： A!:R1tTR;S  
     分析和优化整形光束质量 Y 9SaYSX  
     元件方向的蒙特卡洛公差分析 Clo}kdkd_  
    "n, %Hh  
    系统说明 * YR>u @  
    Gf->N `N  
    0^25uAD=  
    模拟和设计结果 hWz/PK,  
    =mp"=%  
    <9/?+)  
    场（强度）分布                                   优化后
    数值探测器结果 >4^,[IO/  
    _qf$dGqc  
    M/abd 7q  
     KKRj#m(:!  
    o]<@E uG  
    总结 ;uhpo  
     sDZ<X A  
    实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 C9j3|]nyL  
    1.模拟 sLOkLz"x  
    使用光线追迹验证反射光束整形装置。 wZsjbNf`K  
    2.评估 <*@!>6mS  
    应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 Htm;N2$d  
    3.优化 X EL~y  
    利用一个具有高斯形状孔径函数的光阑和经典场追迹引擎来优化M2参数。 [!S%nYs&8L  
    4.分析 1Xkl.FcFw  
    通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 *JA0Vs 5  
    G@4n]c_  
    对于复杂的光束整形装置，特别是离轴系统，可以使用VirtualLab来进行高效的模拟和分析。模拟过程中，根据情况应用不同的模拟引擎。 Fp(-&,L0fc  
    nj <nW5[  
    详述案例 S^:7V[=EgI  
     .)|2^ 'W  
    系统参数 hbSXa'  
    \GdsQAF"  
    案例的内容和目标 ] A,Og_g  
     S#F%OIx  
    在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。  l3Wh&*0  
    tpn.\z%  
    AkEt=vI  
     目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 FfM,~s<Efz  
     之后，研究并优化整形光束的质量。 XNr8,[c  
     另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 _X~xfmU  
    U1=]iG<%  
    模拟任务：反射光束整形设置 _ YcIG OL  
    引入的反射光束整形装置是基于一个反射镜系统，此系统由两个抛物面圆柱反射镜镜与抛物面截面反射镜组成。焦点距离和镜子的位置取决于输入光束的发散角。 `s\E"QeZN  
     303x|y  
    B42qiV2/k  
    &9 khIJI n  
     'EO"0,  
    d:g0XP  
    规格：像散激光光束 l}XnCOIT,  
    eEX*\1Gg  
     由激光二极管发出的强像散高斯光束 IQyw>_~]  
     忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 v9GfudTZR  
     ]owcx=5q%'  
    ^TqR0a-*  
    0O|l7mCr%I  
     4<S=KFT_  
    ,H@ x.  
    规格：柱形抛物面反射镜     *d}{7UMy#  
                             blmY=/]  
     有抛物面曲率的圆柱镜 **~1`_7~*  
     应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 h9cx~/7,_)  
     曲率半径等于焦距的两倍 t/c)[l hV  
    )dF`L  
    S20E}bS:>  
    规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） {KqERS& g  
    Jzj>=jWX@  
     对称抛物面镜区域用于光束的准直 n=%D}W  
     从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） d$PQb9Q+f  
     离轴角决定了截切区域 im@c||  
    >]/aG!  
      
    规格：参数概述（12° x 46°光束） t}2M8ue(&  
    x-H R[{C  
       8RJa;JsH  
    _MzdbUb5,  
    光束整形装置的光路图 wQrD(Dv(yA  
    S,GM!YZg  
    t ybM3VA  
     由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 wbbr8WiU  
     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。 otJHcGv  
    @ iaz_;  
    反射光束整形系统的3D视图 %VGQ{:  
    Z]k+dJ[-  
     86ml.VOR  
    cE3V0voSw1  
    光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 j)lgF:  
     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）。 Kc {~Q  
    k^Uk= )9  
    详述案例 1fcyGZq  
    #W[C;f|,  
    模拟和结果 c3|/8  
    oU)HxV  
    结果：3D系统光线扫描分析 W%P0X5YQ  
     首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 6a*OQ{8  
     使用光线追迹系统分析仪进行分析。 Kz9h{ Tu4  
    o;J_"' kP  
    file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd [p 8fg!|  
    IjrjLp[z$  
    使用参数耦合来设置系统 hG>3y\!#  
    Q=.j>aM+_  
    S0mF %"  
    自由参数： )! C|DSw  
     反射镜1后y方向的光束半径 m| k:wuzqK  
     反射镜2后的光束半径 %|gj46  
     视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） Iw;J7[hJ&$  
     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。 TDjjaO  
     对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 n Y=]KU  
     uJ>_ 2  
    f*GdHUZ*  
    D3kx&AR  
    #wL8=QTcNC  
    #>(h!lT_  
     t?cO>4*|  
    自由参数： q NE( @at  
     反射镜1后y方向的光束半径 gj<Y+Dv>  
     反射镜2后的光束半径 7Jvb6V<R  
     视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） pk2}]jx"  
     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。 7d'gG[Z^^  
    1 Ll<^P  
    2Uq4PCx!  
     如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 parc\]M  
    09C[B+>h  
    'CC;=@J  
    结果：使用GFT+进行光束整形 |h75S.UY  
    bx8|_K*^  
    4e5 5  
    w`F4.e  
    7K}Sk  
     现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 C`>|D [  
    /?Fa<{  
    {Tym#  
     由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 ZsikI@?  
    ~}F$1;t0  
     不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 _'47yq^O  
    wa}\bNKQk  
     产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： 6Y(Vs>  
    cWG?`6xU&  
    7Yrp#u1!  
    3gzcpFNqX  
    file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd e.:SBXZ  
    _N&]w*ce  
    结果：评估光束参数 6 su^yt  
    60u}iiC@  
    ;wkoQ8FD9  
     从生成的整形光束场分布，可以评估光束参数。 可以直接通过使用探测器界面实现。 fooQqWC)  
     在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M²值感兴趣。 " O,TL *$  
    _N-JRM m<  
    09 >lx$  
     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。 (e$/@3*  
     M²值明显高于1。（与理想高斯光束相比，高M²值是由光束偏离引起的） .^J7^ Ky,  
    HX]pcX^K  
    file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd h"~GaI  
    E5}wR(i,4  
    光束质量优化 >9v?p=  
    (ON_(MN  
    ,wvzY7%  
     通常，使用合适的高斯调制光阑以用于优化M²值。 因此，我们使用测量的半径作为腰束半径（消除发散角）来生成一个高斯光束。 '/"xMpN4  
     之后，将接收场转换成一个透射函数。 将该传输函数用作光阑（在一个透射函数元件中）。
     EL[N%M3  
    VD*xhuy$k  
    结果：光束质量优化 ^?3e?Q?  
    N7`<t&T@  
    ORo +=2  
     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。 xe3t_y  
    0$9I.%4jAJ  
    _+\hDV>v  
    -UM5&R+o  
     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。） ages-Z_X  
    &E>zvRBQ  
    0bQm:J[(#  
    file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd JyBsOC3  
    8VwByk8  
    反射镜方向的蒙特卡洛公差 +|w-1&-  
    jJmg9&^R  
     对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 1JU1XQi  
    - :0{  
    p<@0b  
     这意味着参数变化是的正态 ?*~Pgh >uL  
    ktr l|  
    n?QpVROo\  
    :  Jh  
    f V|Zh  
     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。 AF qut  
    这意味着，波前对对齐误差很敏感。 XVfp* `  
    }Dig'vpMx  
    T&2aNkuG  
    -k19BDJ,W  
    file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run IJ%S[>  
    VS#i>nlT  
    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） z5CWgN  
    $z9z'^HqO  
    a%-P^M;a2  
    (/c&#W  
    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。 o'3t(dyyH  
    'M*+HY\.0  
    总结 =~&Fq$$  
    6' M"-9?G  
    实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 HgwL~vG  
    1.模拟 .>-`2B*/  
    通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 h<wF;g,  
    2.研究 ms8PFu(f  
    为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 NC 0H5  
    3.优化 NC; 4  
    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。 %NbhR(  
    4.分析 S-8O9  
    通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 |4i,Vkfhe  
    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。
     
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