[技术]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） PM)nw;nS  
a3Xd~Qs  
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 hN\Q&F!  
Fc^!="
H  
be(hY{y`  
12tAx3p  
简述案例 aR)w~s\6  
"=2'Oqp1  
系统详情 r( bA>L*mk  
 光源 }:]CXrdg>  
- 强象散VIS激光二极管 X#fjIrn  
 元件 /:C<{m.[}  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） NBw{
 
- 具有高斯振幅调制的光阑 gzDfx&.0  
 探测器 8RcLs1n/  
- 光线可视化（3D显示） @E"lN  
- 波前差探测 K[Vj+qdyl  
- 场分布和相位计算 CFu^i|7o  
- 光束参数（M2值，发散角） Wo5%@C#M  
 模拟/设计 \9R=fA18  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 onIZ&wrk  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： 1c*;Lr.K  
 分析和优化整形光束质量 4)p ID`  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 vPrlRG6  
c^z)[  
系统说明 n.G.fbO  
qCF&o7*oN  
tF.N  
模拟和设计结果 s#Xfu\CP  
_]L]_Bh  
数值探测器结果 nXERj; Q"  
h%sw^;\!  
Fx:4d$>;  
6A ptq  
Rt@O@oDI  
总结 *qFl&*h}  
y=AF EP  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 9!ARr@ ;  
1.模拟 n|B<rx?v  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 4,BJK`{  
2.评估 VeOM `jy  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 B)dG:~  
3.优化 8=g~+<A  
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。   Xi
w  
4.分析 1E0!?kRK  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 7vc4 JO]  
=>@ X+4Kb  
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。 |<uBJ-5  
{YwdhwJP  
详述案例 59~mr:*sF  
[I
7=]X
 
系统参数 . "7-f]!  
Oc5f8uv  
案例的内容和目标 $"MGu^0;1  
>4os%T  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。  pQ7<\8s*  
SH O&:2  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 :m>Vp  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 1-Dw-./N  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 l8e)|MSh  
\ rKUPI\  
模拟任务：反射光束整形设置 hBhbcWD,ka  
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。 $9u:Ox 2  
-z%->OUu  
*w/N>:V0p  
3_]QtP3  
XD80]@\za  
QP>F *A  
规格：像散激光光束 4M+f#b1  
VKg9^%#b`[  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 ZvK.X*~s  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 z0F55<i  
c{qTVi5e  
O9N+<s
U=X  
2-@t,T  
}vg|05L  
dux_v"Xl  
规格：柱形抛物面反射镜 +]0hSpZ"p  
                         bfkFk  
 有抛物面曲率的圆柱镜 -OnKvpeI  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 fA=Lb^,M  
 曲率半径等于焦距的两倍 ID,os_ T=  
Dj6^|R$z&  
w{N8Y~O  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） 9E|
QPT  
L=P8;Gj)  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 ^==Tv+T9U  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） %Z8pPH~T  
 离轴角决定了截切区域 ?v'CuWS  
CIRMAX  
规格：参数概述（12° x 46°光束） 7Q,<h8N\5  
@moaa}1  
   D&]xKx  
/;xrd\du  
光束整形装置的光路图 qLw^Qxo  
fgHsg@33N  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 ZVit]3hd  
 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。 1&Ma`M('  
uzLm TmM+  
反射光束整形系统的3D视图 JV+Uy$P!  
m~&>+q ^7  
p:ZQ*Ue  
X7gB.=\X  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 MOHw{Vw(  
 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）。 V9%9nR!'  
$"#M:V@  
详述案例 {}=5uU2Tu  
Ki%)LQAg  
模拟和结果
dkSd Y+Q  
A>(EM}\,  
结果：3D系统光线扫描分析 "j.Q*Hazg  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 auM1k]  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 C[;7i!Dv  
.'2"83f  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd M
3dUGM  
i?)bF!J  
使用参数耦合来设置系统 w2^s}NO  
_
 -,[U{  
@9
k3}x K  
自由参数： /Wdrpv-%,1  
 反射镜1后y方向的光束半径 h645;sb0  
 反射镜2后的光束半径 ?wjk=h
M2  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） r\y\]AmF
 
 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。 ]n$ v ^  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 rERtOgi  
Lf{pTxKr  
b'xBPTN  
'z+Pa^)v  
LOgB_$9_3  
U<'$ \P  
F'_z$,X6  
自由参数： DnN+W  
 反射镜1后y方向的光束半径 ol_&epG;ST  
 反射镜2后的光束半径 ;zWiPnX}  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） g7eI;Tpv  
 基于光束发散角和直径（x和y方向）焦点，可以计算并设置反射镜的直径和距离z。 Yt r*"-  
<&4~Z! O  
z3w;W{2Q;V  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 [y<s]C6E  
M2.*]AL  
Z(J 1A x  
结果：使用GFT+进行光束整形 Exat_ L'
?  
\`8F.oZ^)  
!'>#!S~h3  
g](&H$g  
^Je*k)COn  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 )F0
Q2P1I  
J,=^'K(  
0+A#k7c6p  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 LI"N^K'z  
eE{ 2{C  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 qz!^< M  
6$fwpW  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： V0gu0+u~R  
UZgrSX {  
zS?DXE  
lB|.TCbW  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd -1R7 8(1  
HaOSFltf#  
结果：评估光束参数 WkoYkkuzj  
^;Yjs.bI`F  
*mN8Qd  
 从生成的整形光束场分布，可以评估光束参数。 可以直接通过使用探测器界面实现。 zXd#kw;  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M²值感兴趣。 HZ\=NDz  
>rFM8P(  
\<b42\a}  
 整形光束在x和y方向上显示了一个几乎相同的半径。 发散角大约是4urad。 YDEb MEMd/  
 M²值明显高于1。（与理想高斯光束相比，高M²值是由光束偏离引起的） ^9|&w.:@Q  
I;mc:@R<  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd 1ay{uU!EL  
=1mIk0H`  
光束质量优化 };cH5bYF  
b+71`aD0  
b/=>'2f  
 通常，使用合适的高斯调制光阑以用于优化M²值。 因此，我们使用测量的半径作为腰束半径（消除发散角）来生成一个高斯光束。 `1R[J4e  
 之后，将接收场转换成一个透射函数。 将该传输函数用作光阑（在一个透射函数元件中）。 ,w_C~XN$t  
/(i~Hpp  
结果：光束质量优化 iyMoLZ5  
2{L[D9c/6  
k:1|Z+CJ  
 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。 dp:5iuS  
xf{=~j/L  
5)M#hx%]#  
"+BuFhSLf  
 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。） `iwGPG!  
yIS&ZtBA  
J {\]ZPs  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd =Flr05}m  
83{v_M  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 I4zm{ 1g  
&)EL%o5  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 8p~|i97W]!  
'Ub\8<HfJU  
B5va4@  
 这意味着参数变化是的正态 7L!q{%}  
=5h,ZB2A  
QST-!`]v  
%#7^b=;=  
5OC3:%g  
 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。 :?7^STc  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 E%)3{#.z  
1.j;Xo/+:V  
|C\XU5}  
5VlF\-  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run x]:B3_qR  
?yvjX90  
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） =
,LhMy  
"J3n_3+  
-O[9{`i]  
Eb\SK"8  
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。 n UD;y}}n  
|B@\Nf7  
总结 0I>[rxal  
PvS\  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 Z`'&yG;U  
1.模拟 P.]O8r  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 `"j_]
 
2.研究 MY>o8A  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。  <:`x> _  
3.优化 @{8SC~ha  
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~7eu&QZ  
4.分析 %|By ?i  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 j;i7.B"[  
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。