[技术]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） s`~IUNJ@P  
toC^LZgZ_6  
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 3L}A3de'  
9InVQCf2J  
T1=fNF  
\(2sW^fY  
简述案例 II{&{S'HU  
_KAQ}G3  
系统详情 P71Lqy)5}A  
 光源 H$UcF1k<  
- 强象散VIS激光二极管 z!9-
:  
 元件 w ;^ra<*<+  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） 7WZ+T"O{I  
- 具有高斯振幅调制的光阑 &0JI!bR(  
 探测器 FVJGL  
- 光线可视化（3D显示） hM@>q&q_  
- 波前差探测 @b2aNS<T  
- 场分布和相位计算 A6(/;+n  
- 光束参数（M2值，发散角） 7J<5f)  
 模拟/设计 JIq=* '  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 $yNS pNmT0  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： c\AfaK^KF  
 分析和优化整形光束质量 cSV aI  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 Lw>N rY(Y  
;uP:"k  
系统说明 3)ywX&4"L  
$-sHWYZ  
+QJ#2~pE  
模拟和设计结果 =B@2#W#  
)\$|X}uny&  
数值探测器结果 Ds:'Lb  
oNF6<A(@$  
Ig>(m49d  
brUF6rQ  
O:Tj"@h  
总结 TOQP'/   
TuaBm1S{f  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 NTs aW}g  
1.模拟 $6poFo)U+  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 nAdf=D'P  
2.评估 b d!Y\OD
  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 d/~9&wLSb  
3.优化 DSn_0D  
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。 hp|YE'uYT  
4.分析 L.JT[zOfb  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 *\F~[  
IW] rb/H  
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。 CRy|kkT  
R0*|Lo$6  
详述案例 6.yu-xm
 
]:J$w]\  
系统参数 "VMz]ybi^  
@f3E`8  
案例的内容和目标 63IM]J  
Pa:|_IXA  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 {E|$8)58i  
'!B&:X)  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 "E4a=YH_  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 !R`
{ TbN  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 |M;7>'YNC*  
bW(0Ng  
模拟任务：反射光束整形设置 j^RmrOg,  
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。 <lJ345Q  
PLBrP  
a/xn'"eli  
1T n}
 
E|shs=I  
SNk=b6`9  
规格：像散激光光束 Z6MO^_m2  
J\=*#*rJ1  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 K_}K@'  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 ]u/sphPe  
)MT}+ai  
jq0O22 -R  
XC#oB~K'  
LCV(,lu  
$U-0)4yf  
规格：柱形抛物面反射镜 s_p!43\J  
                         N?`' /e  
 有抛物面曲率的圆柱镜 ;*2Cm'8E  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 l,aay-E  
 曲率半径等于焦距的两倍 .O<obq~;C  
MVUJD{X#  
~6md !o%i  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） !C.4<?*|  
}"%N4(Kd  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 _Y m2/3!  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） y$M%2mh`  
 离轴角决定了截切区域 0jWVp-y  
:7;@ZEe  
规格：参数概述（12° x 46°光束） HTTC
TR  

gI|~
|-'  
   _+3::j~;m  
Qn2&nD%zi  
光束整形装置的光路图 YtLt*Ig%  
S$-7SEkO+  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 */S_Icf  
 因为离轴抛物面镜的位置是相对于它的焦点，那么到反射镜2的距离z必须是负的。 [{/jI\?v  
ChQxa  
反射光束整形系统的3D视图 )D%~`,#pQ  
J]r^W)O  
I)HPO,7  
j![\& z  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 z\4.Gm-  
 绿线表示生成的光轴，由VirtualLab的基础定位方法生成（仅仅设置了距离z和倾角）。 b%c9oR's^  
>=w)x,0yX  
详述案例 fI|$K)K  
.x&%HA  
模拟和结果 "d}Gp9+$VY  
V0Hj8}l;M  
结果：3D系统光线扫描分析 &uVnZ@o42  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 ;mi%F3  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 AbOf6%Env  
M D#jj3y  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd F((4U"   
;5AcFB  
使用参数耦合来设置系统 qZZK#,Qb  
cm+P]8o%{  
j5h-dK  
自由参数： B`sAk %  
 反射镜1后y方向的光束半径 62NsJ<#>  
 反射镜2后的光束半径 N6TH}~62}  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） QTnP'5y  
 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。 Zj Z^_X3  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 `EQL" =)  
{K!)Ss  
HK%7g  
43 :X,\~)  
!dT4  
l}P=/#</T  
_tycgq#  
自由参数： Rk8P ax/JK  
 反射镜1后y方向的光束半径 EiaW1Cs  
 反射镜2后的光束半径 6wg^FD_Q  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） bhs _9ivw  
 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。 J9 I:Q<;  
(w zQ2Dk  
H%{+QwzZ[j  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 DW3G
 
-ze J#B)C  
%]7d`/  
结果：使用GFT+进行光束整形 BL4-7  
A/?7w   
|&4/n6;P$0  
.eC1qWZJpd  
[.}oyz;}N  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 VG~Vs@c(  
'E.w=7z&  
$`'/+x"%  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 L4l!96]a  
;GD]dW#  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 Z #m+ObHK1  
&>}5jC.I  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： {7pli{`  
U`s{Jm  
#Rr%:\*  
k|f4Cf,  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd tZB<on<.)  
9MqGIOQ${j  
结果：评估光束参数 8a"%0d#  
S`]k>' l  
'4<1 1(U  
 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。 N4HqLh23H  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M²值感兴趣。 ijU*|8n{>  

K~EmD9  
kAGBdaJ"  
 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。 SZCze"`[  
 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） rQ snhv  
@=f\<"$vt  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd f`66h M[  
yEQs:v6L~  
光束质量优化 =H]@n|$(  
Mrb)  
ku M$UYTTX  
 通常，使用合适的高斯调制光阑以用于优化M²值。 因此，我们使用测量的半径作为腰束半径（消除发散角）来生成一个高斯光束。 1m0c|ckb  
 之后，将接收场转换成一个透射函数。 将该传输函数用作光阑（在一个透射函数元件中）。 
3HK\BS  
] @fk]]R  
结果：光束质量优化 )Xyn q(  
I1&aM}y{G  
IO:G1;[/2L  
 由于通过高斯孔径传播，光束显示出理想高斯形状。 因此，M²值在两个方向上几乎都是1。 f(7GX3?  
*}W_+qo"  
bi;1s'Y<D  
iDrZc  
 然而，光束半径是略有减少。（光束半径显示在最后一张幻灯片是由于其偏离了理想高斯。） L9#g)tf 8T  
C+&l< fM&  
h2J x]FJ  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd JOBhx)E  
18:%~>.!  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 lU8Hd|@-  
+m,yA mEEd  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 )@bQu~Y  
,UE83j8D^  
@pU)_d!pJ  
 这意味着参数变化是的正态 o2\8OxcA  
Wo=jskBrQ  
&b& ,  
QkC(uS  
z*
)T%p  
 对于这个例子，假设每个反射镜都有±0.1°的角度偏差（绝对的方向）。 由于这个偏差，整形光束的波前差明显增加。 0_t!T'jr7  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 uY'
HT|@:{  
Q&bM\;Ml  
D.XvG_  
|LKXOU c  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run R*r#E{!V;  
P7/X|M z  
第一个随机公差的典型强度分布：（相应的均方根波前差：1.08λ，40.4λ，140λ） _zMW=nypdx  
u,4eCxYE$  
k|d+#u[Mj@  
u> 7=AlWF-  
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。 8Uxne2e  
}RqK84K  
总结 $iz|\m  
*4Y Vv  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 !%0 *z  
1.模拟 ,zY$8y
]  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 tIgN$BHR>  
2.研究 W5MTD]J   
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 f& '  
3.优化 4HA<P6L  
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。 12LL48bi  
4.分析 ?6Y?a2 |  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 rw #$lP  
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。