[技术]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） J{a9pr6  
W58?t6! =  
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 oBub]<.J  
eF7I5k4  
d:A'|;']  
VR"le&'z"  
简述案例 |"Zf0G  
*v8daF  
系统详情  <{ v %2  
 光源 sb_/FE5e  
- 强象散VIS激光二极管 WB'1
_a  
 元件 JURu>-i  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） +{;wOQ.  
- 具有高斯振幅调制的光阑 $A,YQH+  
 探测器 [h B$%i]\<  
- 光线可视化（3D显示） 3jW&S  
- 波前差探测 2)$-L'YS  
- 场分布和相位计算 &k
_LK  
- 光束参数（M2值，发散角） znWB.H  
 模拟/设计 s}UJv\*  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 FY)]yz  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： F}[!OYyg  
 分析和优化整形光束质量 wmR~e  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 P =Q+VIP&  
\pI {b9  
系统说明 RSB+Saf.8  
4|Y1W}!0/  
oz
]3 Tx  
模拟和设计结果 iC!6g|]X  
m&q0 _nay  
数值探测器结果 _ 3>E+9TQ  
 o4yl3o  
#k &#d9}  
y}={S,z%22  
|9FrVO$M  
总结 Vz-q7*o$S  
='1hvv/  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。
}Cfl|t<5f  
1.模拟 s7:_!Nd@8  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 H13\8Te{  
2.评估 )OQ<H.X  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 s]A8C^;c  
3.优化 sHPeAa22  
利用一个具有高斯形状孔径函数的光阑和经典场追迹引擎来优化M2参数。 6,~1^g*  
4.分析 (5+g:mSfr  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 \=|=(kt)  
3PLA*n+%  
对于复杂的光束整形装置，特别是离轴系统，可以使用VirtualLab来进行高效的模拟和分析。模拟过程中，根据情况应用不同的模拟引擎。 ?D9iCP~~  
g$Vr9MH  
详述案例 rhaq!s38:  
a[rb-Z  
系统参数 (I
jM  
5{DwD{Q  
案例的内容和目标 jyyig%  
^PJN$BJx  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 d9jD?HgM(  
5efN5Kt  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 G8?Do+[  
 之后，研究并优化整形光束的质量。  H4YA  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 v,~fG
>Y}  
"szJ[ _B  
模拟任务：反射光束整形设置 c3#eL  
引入的反射光束整形装置是基于一个反射镜系统，此系统由两个抛物面圆柱反射镜镜与抛物面截面反射镜组成。焦点距离和镜子的位置取决于输入光束的发散角。 Z1$U[Tsd  
o.zP1n|G~r  

L>7@!/9L  
Hdd3n6*  
/<+`4n  
?Oy0p8  
规格：像散激光光束 DaGny0|BB  
)~nieQEZQ  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 >/}p{Tj  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 yQ<h>J>  
F)imeu  
vE#8&Zq  
l1L8a I,8  
AkO);4A;Jd  
SG0PQ  
规格：柱形抛物面反射镜 SH8zkAA7u}  
                        
X$P(8'[9A  
 有抛物面曲率的圆柱镜 a{JO8<dlm  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 gyh8  
 曲率半径等于焦距的两倍 lt2MB#  
[^/a`Kda8  
<_=O0 t|6  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） S^EAE]  
61gyx6v  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 QSM3qke  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） W|n$H`;R  
 离轴角决定了截切区域 @8A[HP  
C#)T$wl[E  
规格：参数概述（12° x 46°光束） N@!PhP  
uKD }5M?{  
   Ux=B*m1@{  
oaILh  
光束整形装置的光路图 q.@% H}  
%Kp^wf#o9  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 !V/7q'&t=  
 因为离轴抛物面镜的位置是相对于它的焦点，那么到反射镜2的距离z必须是负的。 ke<5]&x  
M:&%c3  
反射光束整形系统的3D视图 z> DQ  
>*!
^pbZfX  
=43NSY  
{&B0kjf  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 El :%\hGy  
 绿线表示生成的光轴，由VirtualLab的基础定位方法生成（仅仅设置了距离z和倾角）。 s&$e}yxVO  
'(N(k@>{  
详述案例 ovXk~%_  

[EZ=tk  
模拟和结果 tw\1
&*:  
\l 8_aj  
结果：3D系统光线扫描分析 eT(X Ri0  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 )<_qTd0`  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 eU e, P  
W5:fY>7  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd O2="'w'kR  
DvOvtd  
使用参数耦合来设置系统 ZZCm438  
8xhx*A  
bs16G3-p  
自由参数： EdSUBoWF}  
 反射镜1后y方向的光束半径 j*4:4B%  
 反射镜2后的光束半径 G8/q&6f_  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） ssoE,6kS  
 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。 W@'*G*f  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 -:J<JX)o  
fH:S_7i  
\n^[!e"`  
Q|S>C%4?  
k9:|CEP  
9e vQQN6D|  
T34Z#PFwe  
自由参数： *n[BBz  
 反射镜1后y方向的光束半径 ue'dI  
 反射镜2后的光束半径 :$PrlE  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） -"H0Qafm  
 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。 R(cg`8  
eQn[  
KU+\fwYpnk  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 Z5)v  
IA]wO%c  
u&UmI-}  
结果：使用GFT+进行光束整形 Fr; 's(^   
`Lavjmfr2V  
T0)b
njm  
7y)Ar 8!D  
pLV %g#h  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 DQc\[Gq&  
twbxi{8e.  
p|dn&<kd  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 }&2,!;"">3  

b0f6p>~q^  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 _G'A]O/BZD  
YG8)`XqC  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： niW"o-}  
<hTHY
 E=  
%.l={B,i  
`NEi/jB  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd H270)Cwn+  
o)7Ot\:E  
结果：评估光束参数 ^yq}>_  
:M f8q!Q'  
cs9h\]ZA  
 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。 .cw)Y#;IG  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M²值感兴趣。 fqq4Qc)#U&  
2k^rZ^^"  
iF
837ng5  
 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。 M+HhTW;I=  
 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） >D}|'.&  
]*lZFP~  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd 6akI5\b  
)Ho"b  
光束质量优化 4dLnX3 v  
8~s0%%{,M  
y@1QVt04  
 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。 K9p<PL
y+  
 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）。 NqNU:_}  
l}/&6hI+d  
结果：光束质量优化 BnGoB`n  
'<uM\v^k  
$e--"@[Y  
 由于通过高斯孔径传播，光束显示出理想高斯形状。 因此，M²值在两个方向上几乎都是1。 /~f[>#  
Z~8%bfpe  
H-v[ShE  
B7|%N=S%/  
 然而，光束半径是略有减少。（光束半径显示在最后一张幻灯片是由于其偏离了理想高斯。） #W3H;'~/5  
r `n|fD.  
WG,1%=M@  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd b7~Jl+
m  
>wt.)c?5  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 wQjYH!u,YZ  
C7*YZe  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。  ^RT_Lky  
cRD;a?0/6s  
?*+U[*M  
 这意味着参数变化是的正态 xE^G*<mj:  
F8{gJaP x  
&ZkJ,-  
[MwL=9;!H  
^v cnDi  
 对于这个例子，假设每个反射镜都有±0.1°的角度偏差（绝对的方向）。 由于这个偏差，整形光束的波前差明显增加。 8]`s&d@GY  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 x$n.\`f0  
&|
ne!wu  
X';qcn_^
 
ecJjE 56P  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run z~3ubta8(@  
C,W_0=!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） `Ds=a`^b  
N0kCdJv  
.S#i/A'x  
:.]EM*p?GV  
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。 p#]9^oA  
h@=@ fa  
总结 ?hc=w2Ci  
eLORG(;h4  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 )$9wKk\F  
1.模拟 7s
OAaWx  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 \ moLQ  
2.研究 g|?}a]G  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 Xn%7{%;h  
3.优化 1v.#ndk  
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。 Kb<c||2Nh5  
4.分析 h'=)dFw7  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 o4EY2  
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。