[技术]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） V0'T)  
WJH)>4M#  
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}&~  
x,kZ>^]&b  
{+Rf?'JZH  
fC!]MhA"i  
简述案例 <28L\pdG`  
,`<w#  
系统详情 V{51wnxT  
 光源 [3Qu @;"&  
- 强象散VIS激光二极管 AEj
kqG4qv  
 元件 3:q\]]]S  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） JryCL]  
- 具有高斯振幅调制的光阑 iU
cD
j:
 
 探测器 5o2W[<%v  
- 光线可视化（3D显示） 3$YgGum  
- 波前差探测 ,^dyS]!d$  
- 场分布和相位计算 a-I3#3VJ@  
- 光束参数（M2值，发散角） _ZgIm3p0A  
 模拟/设计 =M]f
7lJ  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 4AI\'M"d  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： U p1&(
 
 分析和优化整形光束质量 ]?<j]u0J  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 rh;@|/<l  
|T53m;D  
系统说明 6
#NptXB  
kYxb@Zn=|  
qPgLSZv  
模拟和设计结果 FB<#N+L\  
MMs#Y1dH  
数值探测器结果 j(j o8  
2FHWOy /N@  
#q2cVN1  
n-q  
E\U6n""]  
总结 Vc!` BiH  
2t h\%  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 A?{ X5`y  
1.模拟 %vPs38Fks  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 XW!a?aLNX  
2.评估 /I2RU2|B  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 Vmj7`w&  
3.优化 <I.anIB:U  
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。 V=";vRS8  
4.分析 RhM]OJd'  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 `I$'Lp#5  
)+]8T6~ N  
对于复杂的光束整形装置，特别是离轴系统，可以使用VirtualLab来进行高效的模拟和分析。模拟过程中，根据情况应用不同的模拟引擎。 ,o(7z^1Pe;  
y~)rZ-eSB  
详述案例 _=RA-qZ"  
]d#Lfgo  
系统参数 _akC^hT  
e|:#Y^  
案例的内容和目标 vywd&7gK  
vJ*IUy  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 Z5aU7  
-uZ bVd  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 QG\lXY,  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 7_r$zEP6  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 ZA
@QP1  
0T,Qn{  
模拟任务：反射光束整形设置 G_EU/p<Q  
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。 rM6^pzxe  
Q9X7-\n  
..yuEA  
*@'4 A :A  
XGE:ZVpW  
M7"I]$|\  
规格：像散激光光束 =|IB=  
d%l_:M3  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 'LZF^m _<<  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 @-dM'R6C  
tjZ.p.IlG  
f(.@]eu X  
\-kX-Tq  
jRN*W2]V  
srfFJX7*  
规格：柱形抛物面反射镜 $ JI`&  
                         "oZ]/(  
 有抛物面曲率的圆柱镜 m%ZJp7C  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 loVUB'OSv  
 曲率半径等于焦距的两倍 ?c)PBJ+]  
$M\|zUQu.  
}5
gAxR,  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） m#SDB6l  
j`I[M6Qxh  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 :A35?9E?  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） [.DSY[!8U  
 离轴角决定了截切区域 `6V-a_8;[  

uG2(NwOL  
规格：参数概述（12° x 46°光束） UF)rBAv(/  
zI/)#^SQ  
   SdhdXVZ  
,]@K6  
光束整形装置的光路图 P;[
5#-e  
{GDMix  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 .+3= H@8h  
 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。 Pxu!,Mi[d  
7|3Qcn7P)@  
反射光束整形系统的3D视图 xN wKT
IK$  
IdTeue  
n k]tq3.[  
24{!j[,q@  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 <mlQn?u  
 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）。 AfKJaDKf  
JDv7jy  
详述案例 N#{d_v^H?d  
/km^IH  
模拟和结果 b Jt397  
BMU}NZA  
结果：3D系统光线扫描分析 \7Hzj0hSi  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 6Uq@v8mh  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 jLC,<V*  
FH}n]T  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd RC Fb&,51  
N'R^S98x  
使用参数耦合来设置系统 sKIWr{D  
8}Rwf?B  
>XP]NY}Po[  
自由参数： P\;lH"9  
 反射镜1后y方向的光束半径 Nj||^k  
 反射镜2后的光束半径 c38RE,4U  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） Wq 7 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。 q /EK]B  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 ?KpHvf'  
 X>OO4SV  
AbUPJF"F  
9F)v=  
.$)'7  
{'Nvs_{6  
# 'G/&&<  
自由参数： 6gwjrGje\  
 反射镜1后y方向的光束半径 SQ5SvYH  
 反射镜2后的光束半径 @PuJre4!;L  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） $s.:wc^  
 基于光束发散角和直径（x和y方向）焦点，可以计算并设置反射镜的直径和距离z。 v=nq P{  
"L.)ML  
cv;&ff2%?  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 w[\*\'Vm0  
bW<_K9"  
t,= ta{ a  
结果：使用GFT+进行光束整形 T+NEw8C?/  
Zoj.F  
`,H\j?  
r<V]MwO=  
vn3<LQ]  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 H,tx
bJ  
{YWj`K  
Qi2yaEB  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 %1SA!1>j  
1i#uKKwE  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 l5Z=aW Q  
-h^FSW($-R  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： n[n0iz1-  
l_iucN  
4;Z`u.1  
HxAq& J;xu  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd A=!&2(  
3 8pw  
结果：评估光束参数 7}-.U=tnP  
z %{>d#rw  
|\@e  
 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。 r4dG83qg  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M²值感兴趣。 ][S<M24]Q  
85$MHod}[,  
t&:'Ag.G  
 整形光束在x和y方向上显示了一个几乎相同的半径。 发散角大约是4urad。 i0{pm q  
 M²值明显高于1。（与理想高斯光束相比，高M²值是由光束偏离引起的） sY7:Lzs.,  
>T;"bcb  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd u$[ '}z0:  
mm/U9hbp%  
光束质量优化 >WE3$Q>bi  
?|TVz!3  
^tsIgK^9H  
 通常，使用合适的高斯调制光阑以用于优化M²值。 因此，我们使用测量的半径作为腰束半径（消除发散角）来生成一个高斯光束。 LdI
)  
 之后，将接收场转换成一个透射函数。 将该传输函数用作光阑（在一个透射函数元件中）。 6[wej$u  
,=B "%=S  
结果：光束质量优化 /@R|*7K;9  
qd~)Ya1  
[Av87!kJ!X  
 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。 (`GO@  
xB]~%nC[O  
Gv>,Ad
ka  
(FbqKx'uq  
 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。） u91;GBY  
QXishHk&  
d?WA}VFU  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd c.m '%4  
XD{U5.z>y  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 [%YA42_`LD  
Un^QNd>  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 H:#b(&qw2  
AR`X2m '  
K6@QZc5.!  
 这意味着参数变化是的正态 gR.zL>=_5e  
mj[PKEdkB  
Nz#T)MGO`  

u@}((V  
);@Dr!H  
 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。 Wd~aSz9  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 !~04^(  
Fj"gCBaR  
hdW",Bf'  
6/hY[a!  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run @}!1Uk3ud  
3qiE#+dC  
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） +8."z"i3lE  
vvv~n
]S6  
/>Tyiy]2uu  
^)rX27!G  
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。 zAC   
j*x8K,fN  
总结 T.<eriv  
C&bw1`XJf  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 %h g=@7,|  
1.模拟 yTz@q>6s-  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 t@#sKdv  
2.研究 dI5Z*"`R9  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 2WIL0Siwl  
3.优化 Um)0jT  
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。 UA!h[+Z  
4.分析 2JYp.CJv  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 i?z3!`m  
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。