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    [技术]反射光束整形系统 [复制链接]

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    离线infotek
    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） ]|/\Sd  
    fg8U* 7  
    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 /N`E4bKBR  
    1 =9 Kwd  
     A@OSh6/{h  
    TYgn X  
    简述案例     z_en .  
    b{lkl?@a  
    系统详情 ]}jY] l  
    光源 \B D'"  
    - 强象散VIS激光二极管 RLX?3u&  
     元件 .\b# 0w  
    - 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） LxxFosi8  
    - 具有高斯振幅调制的光阑 X&({`Uw<K  
     探测器 !_=3Dz  
    - 光线可视化（3D显示） >-YWq  
    - 波前差探测 HtGGcO'bqg  
    - 场分布和相位计算 .+hM1OF`x  
    - 光束参数（M2值，发散角） Y7 `i~K;  
     模拟/设计 ~<w9a]  
    - 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 i:,37INMt  
    - 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： s1NRUV2E  
     分析和优化整形光束质量 cdfvc0  
     元件方向的蒙特卡洛公差分析 z'ZGN{L  
    cakb.Q  
    系统说明 ~F9WR5}]  
    mu =H&JC  
    b<mxf\b  
    模拟和设计结果 nyR4E}@:O  
    ok7yFm1\  
    1?bX$$y l;  
    场（强度）分布                                   优化后
    数值探测器结果 &GH ,is  
    :]oRx  
    o`]u&  
     FGG 7;0(  
    Qs.g%  
    总结 -wjvD8fL  
     _oJq32  
    实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 P2;I0 !  
    1.模拟 tJ,x>s?Y  
    使用光线追迹验证反射光束整形装置。 -w:F8k ~  
    2.评估 s8]9OG3g  
    应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 < l%3P6|  
    3.优化 Q1?G7g]N  
    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。 2v6QUf  
    4.分析 #]!0$z|Z  
    通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 &18CCp\3)c  
    XABI2Ex  
    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。 <H)I06];  
    #}rv)  
    详述案例 j7)Xm,wI8  
     S@a#,,\[  
    系统参数 v8xNtUxN  
    N{<=s]I%x  
    案例的内容和目标  `9  
     R~],5_|  
    在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 N3Jfp3_b@  
    <([1(SY2e  
    FaNH+LPe  
     目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 ^"h`U'YC  
     之后，研究并优化整形光束的质量。 FV&&  
     另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 /v1Rn*VF!  
    1cyX9X  
    模拟任务：反射光束整形设置 e'c~;Z\A  
    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。 FasA f( 3  
     ;@@1$mzK  
    12Hy.l  
    y+XB  
    I4Ys ,n  
    z Lw=*  
    规格：像散激光光束 |"Js iT  
    /2&jId  
     由激光二极管发出的强像散高斯光束 3JiDi X"|  
     忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 zhDmZ  
     #qk A*WP  
    s e9X  
    rlvo&(a  
     mlR*S<Z  
    9'I I!  
    规格：柱形抛物面反射镜     _-*Lj;^V  
                             $e;_N4d^  
     有抛物面曲率的圆柱镜 I-NzGx2u  
     应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 VN[h0+n4Th  
     曲率半径等于焦距的两倍 O4kBNUI/  
    .Z}ySd:X  
    L[d 7@  
    规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） cPxA R]'U  
    J(0.eD91v  
     对称抛物面镜区域用于光束的准直 T1p A <6  
     从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） oXg KuR  
     离轴角决定了截切区域 l K%pxqx  
    ;$G.?r  
      
    规格：参数概述（12° x 46°光束） )k0P' zGb  
    ;f7(d\=y  
       H'E >QT  
    CUT D]:\  
    光束整形装置的光路图 a[:0<Ek  
    Vt:]D?\3  
    u0^: XwZ!  
     由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 ln7{c #lE  
     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。 edqekjh  
    D L_{q6ZK  
    反射光束整形系统的3D视图 ?9_<LE q  
    Z;bzp3v  
     %_wX9Z T  
    5B!l6ST  
    光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 \iAkF`OC  
     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）。 |A0LYKni  
    ^zHBDRsb2F  
    详述案例 k+2~=#  
    |b{XnD_g  
    模拟和结果 TdI5{?sW  
    C`3}7qi|C  
    结果：3D系统光线扫描分析 1@C0c%  
     首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 u=feR0|8  
     使用光线追迹系统分析仪进行分析。 a3 <D1"  
     4G&E?  
    file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd 5C/W_H+9iK  
    <8p53*a  
    使用参数耦合来设置系统 'D8WNZ8Q  
    Y25S:XHk9  
    [K;J#0V+&L  
    自由参数： gk\IivPb  
     反射镜1后y方向的光束半径 5Ya TE<G  
     反射镜2后的光束半径 pq7G[  
     视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） BEyg 63=  
     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。 ^!-*xH.dK  
     对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 n4+l, ~  
     Jz s.)  
    Y@N}XH<4R  
    9D:p~_"g  
    "o/:LCE  
    m(E-?VMHo  
     3(G}IWPq<  
    自由参数： XKB)++Q=  
     反射镜1后y方向的光束半径 Y~vI@$<~(  
     反射镜2后的光束半径 quHq?oXV,  
     视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） D\]gIXg  
     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。 {,tEe'H7  
    .`& ($W  
    EA9`-xs|  
     如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 >6Y\CixN  
    bB'iK4  
    @FKNB.>  
    结果：使用GFT+进行光束整形 k/YEUC5  
    W}bed],l  
    ^AK<]r<?L?  
    R>U0W{1NO  
    -l<b|`s=w.  
     现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 C Fq3  
    C1^=se  
    e )l<D)  
     由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 tM]~^U  
    qc\]~]H]r  
     不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 okJ+Yl.[?7  
    m!5P5U x  
     产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： XRCiv  
    x?Doe`/6?  
    f/RzE  
    72R|zR  
    file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd yB\}e'J^  
    Tz3 L#0:j  
    结果：评估光束参数 0gw0  
    >&3M #s(w  
    &{NN!X  
     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。 -jdS8n4  
     在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M²值感兴趣。 X&fM36o7  
    ms8de>A|H  
    )WavG1  
     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。 ;rYL\`6L  
     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） `"zXf-qeE  
    =mxG[zDtQ  
    file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd u8L%R[#o  
    TZ{';oU  
    光束质量优化 e/JbRbZX  
    J7q^4M+o:  
    ;`',M6g  
     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。 r18eu B%  
     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）。
    V/"UDof  
    8)HUo?/3  
    结果：光束质量优化 ste0:.*qb  
    /MYl:>e>  
    "vI:B}  
     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。 O_}R~p  
     |`[0U  
    #'[4k:  
    5'wWj}0!%  
     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。） chk1tFV  
    &SuWmtq  
    F,+nj?i!  
    file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd (~ro_WC/I  
    a(RTb<  
    反射镜方向的蒙特卡洛公差 ? cU9~=  
    4H'\nsM  
     对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 "j-Z<F]]  
    @-=0T!/  
    0'q&7 MV  
     这意味着参数变化是的正态 \6A Yx[|  
    ieuq9ah#  
    k?]`PUrV  
    |8^53*f ?  
    A) {q 7WI  
     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。 7u7`z%  
    这意味着，波前对对齐误差很敏感。 :_9MS0  
    r Q)?Bhf  
    ramYSX@  
    %gUf  
    file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run 7[=*#7}.  
    ]e`&py E  
    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） SR)jJ=R3  
    <% #Dwo}  
    $>^DkrOd  
    ZcJa:  
    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。 wJc~AP)I%z  
    pUbf]3 t  
    总结 ~4gOv  
    n}0n!Pr^  
    实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 { 3,_i66  
    1.模拟 aia`mO]  
    通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 HK}br!?  
    2.研究 ].ZfTrM]  
    为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 @ ;T|`Y=7  
    3.优化 $~)BO_;o  
    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。 1M@OBfB8  
    4.分析 _A]8l52pt  
    通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 S+wy^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。
     
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