[技术]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） -#<{3BJTrz  
s 7%iuP  
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 2>.b~q@  
w|I5x}ZFG  
J7dHD(R8  

3KeY4b!h  
简述案例 '8R5Tl  
o3GZcH?  
系统详情 usKP9[T$  
 光源 1Xh@x  
- 强象散VIS激光二极管 um<$L  
 元件 v0!(&g3Sd  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） E>E^t=;[  
- 具有高斯振幅调制的光阑 toj5b;+4F  
 探测器 1f"}]MbLR  
- 光线可视化（3D显示） >X[:(m'  
- 波前差探测 9!r0uU"  
- 场分布和相位计算 Pec40g:#F  
- 光束参数（M2值，发散角） :|&6x!  
 模拟/设计 |"b|Q  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 g@t..xJ,  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： AfZGI'%4[a  
 分析和优化整形光束质量 B1I{@\z0G  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 PxWH)4  
k^KpQ&n  
系统说明 p.MLKp-'  
#PC*l\ )  
EKw)\T1  
模拟和设计结果 kE+fdr\ T  
~rq:I<5  
数值探测器结果 b9wC:NgQx  
_TJkYz$  
 { /8s`m  
"NEKz  
c/F!cW{z^  
总结 X=Y(,ZR(&  
"9~KVILlLu  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 -4L27C  
1.模拟 FyXO @yF  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 yk^2<?z>2  
2.评估 A;^{%S  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 o5+7Lt]  
3.优化 %Zfh6Bl\X  
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。 b;vVlIG  
4.分析 n
~jW  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 jCx*{TO  
i$:yq.DW  
对于复杂的光束整形装置，特别是离轴系统，可以使用VirtualLab来进行高效的模拟和分析。模拟过程中，根据情况应用不同的模拟引擎。 *y+K{ fM1  
31]Vo;D  
详述案例 >h9~ /  
=:TQ_>$Nc2  
系统参数 f*m^x7  
Fy>g*3  
案例的内容和目标 6aAN8wO;b  
u2':~h?l  
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(KV5c  
*Hv d  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 |llmq'Q  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 AXo)(\  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 |\C.il7  
ds2xl7jg  
模拟任务：反射光束整形设置 tPw7zFy6r  
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。 h-m0Ro?6  
HuxvIg  
M%!j\}2A  
20A:,pMb  
{=Py|N\\t  
2@&"*1(Xu  
规格：像散激光光束 7 lq$PsC  
!l9#a{#6l  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 I'<sJs*p  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 YR)^F|G  
3m~3l d  
;>]dwsA*P  
N B8Yn\{B  
&k(tDP  
y7z ,I  
规格：柱形抛物面反射镜 1bCS4fs^>  
                         \x_$Pu
 
 有抛物面曲率的圆柱镜 UyMlk  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 ])zpx-  
 曲率半径等于焦距的两倍 )_l(WF.  
m .En!~t  
u^L_XA  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） H_l>L9/\  
pQm-Hr78
j  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 ^w*vux|F  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） \J6e/ G  
 离轴角决定了截切区域 |fn%!d`2  
%nkbQ2^  
规格：参数概述（12° x 46°光束） Hxj8cXUF|  
(g tOYEqx  
   s6oIj$  
 hSk  
光束整形装置的光路图 hLyV'*}  
t.7_7`bin~  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 \JF 2'm\M  
 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。 &{x`K4N  
*MN("<A_  
反射光束整形系统的3D视图 uD`Z\@Z  
lF$$~G  
OJLyqncw  
mldY/;-H!1  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 _b[Pk;8}j;  
 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）。 R1:7]z0B  
WjBtL52  
详述案例 )Mw 3ZE92  
V##TG0  
模拟和结果 8WG_4e  
T(*A0  
结果：3D系统光线扫描分析 #XAH`L\  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 y)`q% J&  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 mgBxcmv  
x=44ITe1n[  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd .@Jos^rxgJ  
`6G:<wX  
使用参数耦合来设置系统 \H/}|^+@  
,Q8h#0z r  
I#CS;Yh95  
自由参数： z`|E0~{-  
 反射镜1后y方向的光束半径 ??Dv\yLZI  
 反射镜2后的光束半径 m^a0JR}u9  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） E._/PB  
 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。 HK.Si]:  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 G*^4CJ  
3T@`VFbE  
pR~"p#Y  
 d|$-Sz  
5{M$m&$1  
z-h7v5i"  
z&A#d  
自由参数： A@I3:V  
 反射镜1后y方向的光束半径 rj;~SC{  
 反射镜2后的光束半径 +D#.u^  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） i&,1  
 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。 DOWZhD  
g);.".@"  
7, :l\t  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 t?_{  
vb k4  
]\J(  
结果：使用GFT+进行光束整形 7e<\11uI]a  
~ePtK~,dv  
o%73M!-  
<h1J+  
3+:
uV  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 $ 4A!Y  
ny+_&l^R~(  
v|YJ2q?19  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 A,GJ6qp3  
~bX ) %jC  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 O9MBQNwjA  
4 !M6RL8{  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： )mRKIM}*W  
R~XNF/QMl  
;Q%3WD  
[$%0[;jtS  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd \W})Z72  
U\",!S~<  
结果：评估光束参数 ;i;;{j@$i  
[wjH;f>SQ  
\E2S/1p  
 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。 ~Uaz;<"j0  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M²值感兴趣。 F5f1j]c  
}zV#?;}  
O6r.q&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。 J~rjI24  
 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） 4 {3< `  
@NJJ  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd <<9Y=%C+  

b'yW+  
光束质量优化 v`u>;S_  
?anKSGfj  
2HJGp+H  
 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。 Q##L|*Qy  
 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）。 m3iB`  
qy~@cPT  
结果：光束质量优化 JQWW's}  
|oJ R+  

'O]Ja-  
 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。 Kkz2N  
p`LPO  
pNR69/wGi  
&T/}
|3S  
 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。） @V# wYt  
$ *^E  
b'~IFNt*^  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd }x}JzA+2  
_79 ?,U]  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 >c:- ;(k  
fTc,"{  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 jF%[.n[BU  
2wG4"  
4 jeUYkJUM  
 这意味着参数变化是的正态 #2*2xt  
Ayi Uz  
h 66X746  
Sk,9<@  
#5.L%F  
 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。 = g)G!  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 ZIrJ"*QO=  
b/Z0{38  
|K6hY-uC  
Yl6\}_h`  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run O6pL )6d  
U1^R+ *yp  
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） *!y.!v*  
.8%mi'0ud  
QWBQ0#L  
<\cH9D`dE  
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。 +vtI1LC;_  
XK5q
E"  
总结 s GP}>w-JZ  
:{v:sK  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 #TX=%x6  
1.模拟 /8` S}g+  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 W<D(M.61A  
2.研究 :J}@*>c  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 $yx34=  
3.优化 wB;'+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。 Vhs:X~=qL  
4.分析 sm>Hkci%
 
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 VoJelyzh  
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。