[技术]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） V%s g+D2  
 THYw_]K  
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 i>F=XE  
%nZ
l`<M  
":Wq<Z'  
_Iy\,<  
简述案例 L:G#>  
" 9Gn/-V>  
系统详情 H71sxek3  
 光源 kka5=u  
- 强象散VIS激光二极管 $]2)r[eA)  
 元件 {7NGfzwp;6  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜）  7GgZ: $d  
- 具有高斯振幅调制的光阑 y0* rY  
 探测器 X]0>0=^  
- 光线可视化（3D显示） 3A7774n=P  
- 波前差探测 :L[>!~YG_n  
- 场分布和相位计算 {K,In)4  
- 光束参数（M2值，发散角） VeoG[Jl  
 模拟/设计 
P6:C/B  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 oUv26t~  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： xnP!P2  
 分析和优化整形光束质量 -pC8
L<  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 / ;]5X  
%ByPwu:f  
系统说明 xA] L0h]  
,WT>"9+  
.Mt3ec<  
模拟和设计结果 f[^f/jGm  
M;(,0dk  
数值探测器结果 ;a:H-iC  
J!I)G&:  
@AsJnf$y  
V>Wk\'h  
mB?x_6#d9  
总结 +{J8,^z#  
o96C^y{~S  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 kx
n&f(5  
1.模拟 qL(Q1O!  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 IPiV_c-l  
2.评估 {1W:@6tl  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 !IxO''4  
3.优化 m>>.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。 Ha'[uEDb  
4.分析 :{lwz
#9V  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 #&Sr;hAJ  
K1B9t{T  
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。 <xOv8IQ|  
).k DY?s  
详述案例 {T){!UVp!  
/ HTY>b  
系统参数 2-&EkF4p'  
`8:0x?X  
案例的内容和目标 v3tJtb^'!  
?6#won  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 Cy/&KWLenf  
.])prp8  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 =OVDJ0ozZ  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 q'2vE;z Kb  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 yU?j
mJ  
!3ggQG!e  
模拟任务：反射光束整形设置 NkE0S`Xf  
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。 ,Kit@`P%  
=bVPHrKNQ  
`?Rq44=  
(~T*yH ~  
t^t% >9o  
4E'9;tA3l  
规格：像散激光光束 cs9^&N:w[  
zM0NRERi  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 }[*'  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 [,%=\%5
 
Z6jEj9?O  
OMGggg  
Uv^\[   
)8Va%{j  
NE995;  
规格：柱形抛物面反射镜 <N<Q9}`V  
                         hy;VvAH5  
 有抛物面曲率的圆柱镜  ao(T81  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 _GOSqu!3Y  
 曲率半径等于焦距的两倍 dWqn7+:  
D}-.<  
:5d>^6eoB?  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） W&z jb>0b0  
xQy,1f3s+  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 GkIE;7#2kX  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） yNTd_XPL  
 离轴角决定了截切区域 %+7]/_JO&  
/--p#Gh'  
规格：参数概述（12° x 46°光束） n|`3d~9$&  
"4j~2{{F  
   W
J7|0qb  
HpwMm^  
光束整形装置的光路图 (IJNBJb  
n*4`Tduu^  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 cHFi(K]|1  
 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。 "S#FI  
S_}`'Z )  
反射光束整形系统的3D视图 <LX\s*M)  
=x~I'|%3  
>rG>Bz^Pu  
5dBftTv?  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 9I/b$$?D  
 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）。 ^l &lwSRVt  

h8rW"8Th  
详述案例 :t?B)  
HL)!p8UHJ  
模拟和结果 8^mE<  
[^H2'&]  
结果：3D系统光线扫描分析 ]`^!
]Ql  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 ^E&PZA\,;  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 W{p}N  
[B0BHJ~  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd ^:nc'C gP  
j;x()iZ<  
使用参数耦合来设置系统 *4,Q9K_  
Uj@th  
RNIXQns-=S  
自由参数： )0{`}7X  
 反射镜1后y方向的光束半径 O"m7r ds  
 反射镜2后的光束半径 6W1GvM\e  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） q*!R4yE;C  
 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。 nD  wh  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 ?W/.'_  
Z:4/lx7Bq  
5'%I4@Qn+  
&|>@K#V8-;  
|OQ]F  
/qpSmRL  
~/OY1~c  
自由参数： <O#&D|EMd|  
 反射镜1后y方向的光束半径 1#vy# '  
 反射镜2后的光束半径 V^~RDOSy7n  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） )'shpRB;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。 bzN[*X|  
)|gw5N4;  
]lWqV  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 -H| 982=  
43=v2P0=Tj  
kR]P/4r  
结果：使用GFT+进行光束整形 8
NN+Z<  
Xfiwblg  
l{By]S  
js$R^P  
E0HqXd?  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 [
"Zvwes#7  
FW]tDGJOw  
/A_:`MAZ  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 R >xd*A  
)e(<YST  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 \C~X_/sg  
\"P{8<h.3  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： U-|]A\`)I  
~Xi@#s
~  
D(b01EQ;d  
:e<jD_.X  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd NAYLlW}A  
x}G:n[B7_V  
结果：评估光束参数 hBgE%#`s  

}YwaN'3p!  
i_qY=*a?y  
 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。 *WE8J#]d  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M²值感兴趣。 ZmK=8iN9J  
J)nK9  
VcjbRpTy&  
 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。 !'f7;%7s  
 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） @ @[xTyA  
x&B&lFmo8  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd Ni~IY# '  
Nd8>p.iqO  
光束质量优化 3%v)!dTa<^  
bY_'B5$.^2  
7x)Pt@c  
 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。 Okq,p=D6  
 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）。 )O'LE&kQ|  
hSehJjEoM  
结果：光束质量优化 +!lDAkW0  
k 9i W1  
=<]`'15"V  
 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。 3W1Lh~Av  
vh,(]t  
@3`5(xwzm  
)uqzu%T  
 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。） RZ6y5  
%QP[/
5vQ  
0E.N3iU  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd oR#W@OK@is  
j6%W+;{/pj  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 gt{kjrTv&  
s`yzeo  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 "GMU~594  
U]hqRL  
fPeS;  
 这意味着参数变化是的正态 $6Ma{rC|  
@O"7@%nu  
uFr12ZFgK  
{-A|f  
^ `LqNG  
 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。 &'6/H/J  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 3.W[]zH/u  
!}Xoqamm  
u\LNJo| B  
BTAbDyH5  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run ?G`m;S  
]_C"A  
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） RV~t%Sw^  
8
LV6E5Q  
8Lgt  
^E}?YgNp  
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。 8063LWV  
IfmQPs+f  
总结 k^ <]:B  
s|%R  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 UJO3Yn
 
1.模拟 bM?gAY]mB8  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 OIKx:&uIk  
2.研究 TcZ.5Oe6h#  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。  kN=&"  
3.优化 1Uup.(  
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。 ]I|(/+}M  
4.分析 sVx
}(J  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 =p+n(C/  
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。