[技术]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） y7F |v8bq  
]Wkgpfd56  
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 M@{?#MkS%  
MN2i0!+  
>JE+j=  
GbQi3%  
简述案例 J"AR3b@,$?  
qK.(wFx  
系统详情 0QZT
<Zs  
 光源 '/8/M{`s  
- 强象散VIS激光二极管 b:F;6X0~Hl  
 元件 t~o"x.  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） ,.9lz  
- 具有高斯振幅调制的光阑 Uyb0iQ-,s  
 探测器 d|RUxNjM-J  
- 光线可视化（3D显示） SDC|>e9i  
- 波前差探测 ;9z|rWsF  
- 场分布和相位计算 <Tgy$Hm  
- 光束参数（M2值，发散角） J "I,]
  
 模拟/设计 p}!i_P  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 I9qZE=i  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： gP QO
v  
 分析和优化整形光束质量 Zu|NF uFI  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 8C3oi&av/{  
5m~9Vl-&  
系统说明 D{B?2}X  
*`+zf7-f  
G"FO%3&|  
模拟和设计结果 G7&TMg7i  
rlKR <4H  
数值探测器结果 phu,&DS!  
6ncwa<q5  
M99ku'  
y-+W  
v>`Fo[c  
总结 myfTztJ  
i,;JI>U  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 nUj`#
%  
1.模拟 U_IGL  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 LnE/62){N  
2.评估 [+D]!&P  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 Y_[7q<L  
3.优化 l-%]f]>  
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。 y-E'Y=j  
4.分析 e7GYz7  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 n{TWdC  
M584dMM  
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。 5/nL[4Z  
2om:S+3)2  
详述案例 zk{d*gN  
![B|Nxq}@  
系统参数 ^ELZ35=qZ  
fr(Ja;  
案例的内容和目标 J*rYw
5QB  

+ytP5K7  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 =?C <@  
"Y<
;R+z  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 5 I_ :7$8  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 F6sQeU  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 s\ C,5  
D@&xj_#\}  
模拟任务：反射光束整形设置 gra
6&&^"  
引入的反射光束整形装置是基于一个反射镜系统，此系统由两个抛物面圆柱反射镜镜与抛物面截面反射镜组成。焦点距离和镜子的位置取决于输入光束的发散角。 *xxk70Cb  
@LOfqQ$FE  
m"~ddqSMT  
H]tD~KM<  
}iKjef#J  
:7LA/j  
规格：像散激光光束 yP3I^>AZ3  
;l!<A  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 zp8x/,gwF  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 }o:LwxNO  
cVx SO`jZw  
mQ`atFz:Z  
$[A^8[//  
t[2b~peNI  
H(;@7dh  
规格：柱形抛物面反射镜 W<)nC_$  
                         a&JY x  
 有抛物面曲率的圆柱镜 V7U*09 0*5  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 _0$>LWO~  
 曲率半径等于焦距的两倍 'sIne>  
3T.V*&  
`WH$rx!  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） pv0|6X?J"  
RTlC]`IGT  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 b|AjB:G  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） >/\TG8t,f  
 离轴角决定了截切区域 T`@brL  
1P"7.{  
规格：参数概述（12° x 46°光束） MuWZf2C  
J\+fkN<.  
   ,X3D<wl  
_k]R6V:  
光束整形装置的光路图 bxYSZCo*  
5nib<B%<V  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 5xr>B7MRM?  
 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。 F#|y,<}<  
&v0]{)PO  
反射光束整形系统的3D视图 g8E5"jpXx3  
@,oc%m  
NpGi3>5  
`scW.Vem  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 sT1k]duT  
 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）。 KJJ:f
G8'  
4J[zNB]  
详述案例 {f/]K GGk  
axmq/8X  
模拟和结果 Z{vc6oj  
Q^va+O  
结果：3D系统光线扫描分析 6t7FklM%  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 i Ehc<  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 Eg1TF oIWl  

%?n=In(F  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd k(Xs&f `  
Dn<3#V  
使用参数耦合来设置系统 EG^ rh;  
.s4vJKK0  
LodP,\T  
自由参数： }.D18bE(  
 反射镜1后y方向的光束半径 3c#^@Bj(-e  
 反射镜2后的光束半径 [@/p 8I  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） \YJQN3^46>  
 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。 JcYY*p  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 XSof{:V  
[L-wAk:Fb  
^7>~y(  
Pi1LOCq  
bn|HvLQ"1  
M*n94L=Sg&  
OU` !c[O  
自由参数： (D[~Z!   
 反射镜1后y方向的光束半径 z l`m1k-X  
 反射镜2后的光束半径 -ewR:Y@j  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） n}Eu^^d  
 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。 tkm@&e=e%  
%x,HQNRDU  
g:~q&b[q6  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 {~]5QKg.  
&Oz  
@VHstjos^V  
结果：使用GFT+进行光束整形 R#Yj%$E1  
!/
H `  
#l
+Rs3T:  
eQyc<  
oH4zW5  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 eu)""l  
id+EBVHAd  
l#]#_  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 s\~j,$Mm2  
3%Q<K=jy  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 euV!U}Xr  
q;QasAQS`p  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： Q;l%@)m+~  
~C>;0a;<:  
!|V_DsP  
IAUc.VH  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd m4uh<;C~  
si~zg\uY  
结果：评估光束参数 _d7;Z%  
%&H^UxC  
@6|0H`kv  
 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。 "fv+}'  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M²值感兴趣。 6NyUGGRq  
+>eX1WoTy  
E}%Pwr  
 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。 3rZPVR$))  
 M²值明显高于1。（与理想高斯光束相比，高M²值是由光束偏离引起的） r91i :  
3NZK$d=4  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd S{F\_'%  
K&{ _s  
光束质量优化 $
L|+Z>x  
jC:D>  
BINHCZ  
 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。 (7,Q4T  
 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）。 Q$:,N=%  
Jk`l{N  
结果：光束质量优化 ('uUf!h?\  
$z)egh(z  
3qu?qD  
 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。 2YQBw,gG  
+7lr#AvU/  
ettBque  
wj'fdrY5h  
 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。） s)3Co
sU  
MUtM^uY  
Iq19IbR8  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd ZF#lh]  
>}0H5Q8@  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 Zn*W2s^^{  
)B-[Q#*A-  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 D>U(&n  
:KRNLhWb  
yO
\bVu5V  
 这意味着参数变化是的正态 ,G?Kb#  
c9nv=?/}f  
v13\y^t  
d7&d FvG  
R;U4a2~  
 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。 j~+(#|  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 `x#}co  
|_s,]:  
|yj0Rv  
~EQ# %db  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run >x~Qa@s;  
/-^{$$eu  
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）  C!v%6[  
m>w{vqPwJ  
_\@zq*E  
U? U3?Y-k`  
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。 qM Qu!%o  
nD 4C $  
总结 DV({! [EP  
hSps9*y  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 K-c>J uv&,  
1.模拟 z^/9YzA!6  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 gCL}Ba  
2.研究 BP&]t1p  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 DbR!s1ux  
3.优化 l\m7~  
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。 
X$%W&:  
4.分析 6RSit  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 0E3;f;'X  
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。