[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)6U_  
li}1S  
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 g9Xu@N;bL  
,l:ORoND  
='s(|  
g|vNhq0|i  
简述案例 ASk|A!  
6MT1$7|P&x  
系统详情 rp!oO>F  
 光源 5',8 ziJQ  
- 强象散VIS激光二极管 $',K7%y  
 元件 \b?" b  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） ECrex>zr%  
- 具有高斯振幅调制的光阑 zGAq-<  
 探测器
7G}2,ueI  
- 光线可视化（3D显示） ~l]ve,W[  
- 波前差探测 W"}M1o  
- 场分布和相位计算 @oV9)  
- 光束参数（M2值，发散角） hp5|@  
 模拟/设计 C8 xZ;V]  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 |ZRagn30  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： pgQV/6  
 分析和优化整形光束质量 z6
jc8Z=O  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 ]v]qChZHd  
qQ?"@>PALD  
系统说明 d9;g]uj`  
)GM41t1i  
&3J_^210  
模拟和设计结果 w~"KA6^  
6/r)y+H  
数值探测器结果 ,^w?6?,&l}  
v*
SEb~[  
7Z\--=;|[:  
MHX?@. v  
qUob?| ^   
总结 s/q7.y7n{  
g1W.mAA3B  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 AP7Yuv`  
1.模拟 clL2k8VS  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 i+S) K  
2.评估 Y&d00  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 jv%kOovj  
3.优化 -EkWs/'h  
利用一个具有高斯形状孔径函数的光阑和经典场追迹引擎来优化M2参数。 <SgM@0m  
4.分析 t>urc  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 #Ssx!+q?  
T|7}EAR=b  
对于复杂的光束整形装置，特别是离轴系统，可以使用VirtualLab来进行高效的模拟和分析。模拟过程中，根据情况应用不同的模拟引擎。 %_RQx2  
Lvq>v0|  
详述案例 s;S?;(QI  
%)|9E>fP]N  
系统参数 A+"ia1p,}  
 -QM: q  
案例的内容和目标 K;>9ZZtl  
EN;}$jZ>47  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 j53*E )d  
J'SZ  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 ;#xmQi'`  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 ^;Y|3)vvB  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 jkiFLtB@V  
w)kNkD  
模拟任务：反射光束整形设置 #sPHdz'3M  
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。 E9Np0M<  
RrX[|GLSJ  
a(kg/s  
}XV+gyG=@  
EQb7-vhg  
:PIF07$xl  
规格：像散激光光束 8\^}~s$$A
 
[SHXJ4P*  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 }=gx#  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 s+,OxRVw(  
OGde00  
s>;v!^N?u  
h]+C.Eqnt#  
}!"A!~&  
-8
:&>~4`  
规格：柱形抛物面反射镜 AsAT_yv#  
                         )6,de2Pb  
 有抛物面曲率的圆柱镜 xO^:_8=&:  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 PP;}e  
 曲率半径等于焦距的两倍 U3T#6Rptl  
z=rT%lz6  
v, n$^R  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） WG6FQAo^8  
hU`wVy  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 k9  "[H'  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） Qy^1*j<@&  
 离轴角决定了截切区域  87<-kV  
x(hE3S#+  
规格：参数概述（12° x 46°光束） e,F1Xi#d  
>
XY`*J^  
   VL%UR{  
1rv)&tKs  
光束整形装置的光路图 9N9L}k b  
CdasP9"1  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 A<5ZF27  
 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。 &Q;sSIc  
_,xc[ 07  
反射光束整形系统的3D视图 $ACvV"b  
p2n0Z\2  
Y ;u<GOe  
yaah*1ip[  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 tZ} v%3  
 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）。 vy0X_DPCr  
:`-,Lbg  
详述案例 *AoR==:ya  
qUjmB
sB  
模拟和结果 @y='^DQ*  
}Mf!-g  
结果：3D系统光线扫描分析 ;i Fz?d3;  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 P;P%n  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 e\Y*F  
$ et0s;GBv  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd ^HV>`Pjd}=  
!n* +(lZ  
使用参数耦合来设置系统 \R|4( +]x  
DB-l$rj  
AvdXEY(-  
自由参数： plb!.g  
 反射镜1后y方向的光束半径 Y' %^NP}o  
 反射镜2后的光束半径 o_@4Sl8  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） Gnfd;. (.  
 由于功能原理，所有系统参数（距离，焦距，直径）可以由光束参数分析计算。 :uWw8`  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 * mOo@+89  
D}dn.$  
4a'N>eDR  
V,q](bg  
Svondc 4  
DE%KW:Hug  
pQshUm"_  
自由参数： 7on.4/;M  
 反射镜1后y方向的光束半径 n` xR5!de  
 反射镜2后的光束半径 'NX```U0  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） .Xce9C0SW  
 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。 2$?C7(kW  
H *[_cqnv  
Qp/QaVQ+  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 Z8rvWH9  
m=}B,']O  
=at@Vp/y  
结果：使用GFT+进行光束整形 @&X|5p"[g  
x7~r,x(xM  
!P)O(i=  
8g&? Cc  
&K.?p2$X  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 kuol rfGB  
2 dAB-d:k  
?,& tNP{jq  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 Wn(6,MDUN  
c2&q*]?l;  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 vU767/  
,wIONDnLZ  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： byTh/H  
TMig-y*[  
73xAG1D$r  
0URji~?|x  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd |962G1.  
5<UVD:~z  
结果：评估光束参数 S4G^z}{_  
v#.r.{t  
j#+!\ft5  
 从生成的整形光束场分布，可以评估光束参数。 可以直接通过使用探测器界面实现。 ;j^H)."A\  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M²值感兴趣。 t0IEaj75c  
qNYN-f~@,  
1XD,uoxB  
 整形光束在x和y方向上显示了一个几乎相同的半径。 发散角大约是4urad。 #wV8X`g  
 M²值明显高于1。（与理想高斯光束相比，高M²值是由光束偏离引起的） nPye,"A Ol  
vJ'2@f$  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd ;~D)~=|ZZ  
8=gjY\Dp  
光束质量优化 K?BOvDW"`  
!t gi  
LN@F+CyDc  
 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。 DP3PYJ%+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）。 xO&eRy?%  
y~F,0"N\r  
结果：光束质量优化 ;*:Pw?'  
n p\TlUc  
&o,<ijJ:^m  
 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。 MM(xk  
%`&2+\`  
Bh;7C@dq  
vSi.t
xV2  
 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。） ~c %hWt  
" N9 <wU  
(=* cK-3  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd B2C$N0R#  
=Ur}~w&H8  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 r\/9X}y4z  
`/EGyN6X  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 +f@U6Vv  
,u`B<heoLU  
z@B=:tf  
 这意味着参数变化是的正态 I?ae\X@M
  
|j#C|V%kV  
F.w5S!5Q  
P!+'1KR  
K':K{ee>  
 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。 9J9)AV  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 @I_8T$N=  
6~1|qEe6I  
<gJU?$  
*Df,Ijh$  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run )u/yF*:n  
E )5E$  
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） (`sH3&Kl  
Aq0S-HKF  
}>
VG~u8  
c6X}2a'  
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。 M;p em<  
9hOJvQ2U]  
总结 E}40oID  
$!8-? ?ML  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 <
iH`rP#  
1.模拟 -3;*K4
z$/  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 h $L/<3oP6  
2.研究 pO ml8SQf  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 L"{JRbh[  
3.优化 D"J
!\_o  
通过使用显示出高斯整形孔径函数和经典场追迹引擎来优化M2参数。 rmE"rf  
4.分析 jF=gr$  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 6y6<JR-V2k  
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。