[技术]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） W[>qiYf^b  
]c]^(C  
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 K%u>'W  
RRl`;w?  
]]y,FQ,r  
#wkSru&LS  
简述案例 LX=cx$K  
/wkrfYRs  
系统详情 vTL/% SJ8  
 光源 p=|S%  
- 强象散VIS激光二极管 .*z$vl  
 元件 sN) xNz  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） [lu+"V,<LJ  
- 具有高斯振幅调制的光阑 {xICR ~,*  
 探测器 *Y!RU{w+Z  
- 光线可视化（3D显示） - Nt8'-  
- 波前差探测 Zb'a+8[  
- 场分布和相位计算 %:sP#BQM  
- 光束参数（M2值，发散角） [/<kPi  
 模拟/设计 }?HWUAL\  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 KUUZN  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： 0r?]b*IEK  
 分析和优化整形光束质量 xl,6O!aR  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 ?D(aky#cyc  
2+*o^`%4P
 
系统说明 0oq
OX  
O[p c$Pi  
64^l/D(  
模拟和设计结果 =-qYp0sVP  
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"D_h  
数值探测器结果 kxmsrQ
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<q&i"[^M  
kv2 H3O  
c6iFha;db  
_x$\E  
总结 7|o}m}yVx
 
1@F>E;YjL=  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。  lsgZ  
1.模拟 zz8NBO  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 u(PUbxJ
V  
2.评估 WmRu3O  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 s{42_O?,c  
3.优化 by$mD_sr  
利用一个具有高斯形状孔径函数的光阑和经典场追迹引擎来优化M2参数。 E?VOst&  
4.分析 9! yDZ<s  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 =c%gV]>G  
Zv9%}%7p  
对于复杂的光束整形装置，特别是离轴系统，可以使用VirtualLab来进行高效的模拟和分析。模拟过程中，根据情况应用不同的模拟引擎。 iRM ?_
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}  
详述案例 -$,'|\Y  
i?|u$[^=+  
系统参数 Or55_E  
[fs.D /  
案例的内容和目标 t@iw&>8z  
pr1kYMrqri  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 A+z}z@K  
r[#*..Y  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 ;qcOcm%  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 -a'D~EGB^  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 \KKE&3=  
6H
;\Jt
 
模拟任务：反射光束整形设置 +F>erdV  
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。 :W+%jn  
w8#ji 1gX  
V@\u<LO0G  
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db>"2
EE  
规格：像散激光光束 0%yPuY>  
Jn9{@??  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 &gI*[5v  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 4.>y[_vu  
<X?xr f  
Q@*9|6-  
f9O_M1=|lo  
5fLp?`T  
lXD=uRCI  
规格：柱形抛物面反射镜 hI*6f3Vn(n  
                         4y$okn\}i  
 有抛物面曲率的圆柱镜 di<g"8  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 TiJ \J{  
 曲率半径等于焦距的两倍 %UG|R:  
[]?*}o5&>T  
_*xY>?Aq  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） n>)h9q S  
^Of\l:q*  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 ?Iag-g9#=m  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） 8<J3Xe  
 离轴角决定了截切区域 gyU=v{].  
l vBcEg  
规格：参数概述（12° x 46°光束） yvnvIy  
g3Ul'QJ  
   >xXq:4l>}  
BG6Lky/omz  
光束整形装置的光路图 :j`XU  
wp@6RJ  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 l>("L9  
 因为离轴抛物面镜的位置是相对于它的焦点，那么到反射镜2的距离z必须是负的。 Wxi;Tq9C@_  
HaF&ooI5+  
反射光束整形系统的3D视图 w*u.z(:a`  
{ 3 "jn  
yP34h*0B  
:\%hv>}|  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 C%/@U[;  
 绿线表示生成的光轴，由VirtualLab的基础定位方法生成（仅仅设置了距离z和倾角）。 <t"fL RX  
7(H?3)%0  
详述案例 X3y28 %R   
ler$HA%F]  
模拟和结果 AR g]GV/L  
I,r0K]  
结果：3D系统光线扫描分析 `*i:z'  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。
.mxc~  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 \t? ;p-+ta  
x@|10GC#:  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd e'fo^XQn[  
{RD9j1  
使用参数耦合来设置系统 gUiZv8C  
o ,8;=f,7  
dd4^4X`j  
自由参数： `'pfBVBz  
 反射镜1后y方向的光束半径 *]DO3Zw'  
 反射镜2后的光束半径 52r\Q}v$  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） `Y,Rk  
 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。 VI.Cmw~S  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 U?EXPi61Z  
g
$z6*bL  
*#GX~3A  
[5GzY`/m  
 7uzc1}r  
rgEN~e'  
>=3oe.$)  
自由参数： q%XjJ -s:  
 反射镜1后y方向的光束半径 Q0L1!}w   
 反射镜2后的光束半径 #6#%y~N
 
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） Seq ^o=  
 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。 UUvR>5@n  
'"6*C*XS  
}#nd&ND  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 e_FoN
T  
]Bz.6OR  
hF1Lj=x  
结果：使用GFT+进行光束整形 r\q|DZ7  
fyq%-Tj  
l?HC-_Pbh  
1WI^RlWd(  
tHFUV\D;,  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 V@`%k]k  
/K<>OyR?  
k:&B b"  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 ) gxN'z  
IYhn*  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 -R`nitf  
d\tA1&k71  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： [6nN]U~Y  
!]&+g'aC3  
+0:]KG!Zs.  
sDkO!P  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd 6L-3cxqf\  
\M*c3\&~,e  
结果：评估光束参数 Z{_YH7_  
\{o<-S;h  
#_:%Yd  
 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。 jori,"s  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M²值感兴趣。 ra1_XR}  
8P} a  
161IWos  
 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。 Ubh)}G,Mg  
 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） @680.+Kw  
&p55Cg@e)  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd Qgq VbJP"  
2Xv$
  
光束质量优化 , ksr%gR+  
,oJ$m$(Lj  
!" @<!  
 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。 *tl;0<n  
 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）。 tjcsT>  
"lB%"}  
结果：光束质量优化 u_Xp
\RJ  
@$;I%  
>ni0:^vp  
 由于通过高斯孔径传播，光束显示出理想高斯形状。 因此，M²值在两个方向上几乎都是1。 ixB"6O  
|[$TT$
Fb  
SjvSnb_3  
H4W!@
"e  
 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。） a*nCvZ  
3O|2Z~>3  
$IJ"fs  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd )vGxF}I3  
Dp?lg
w  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 h~ehZJys  
eo&G@zwN  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 @/='BVb'T  
RH;A|[7T&  
z#6(PZC}  
 这意味着参数变化是的正态 K!v\r
"N  
.cr<.Ov  
MKX58y{+  
}eSrJgF4M  
<9S5  
 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。 )eH?3""  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 :b,An'H  
E=ObfN"ge  
(bD#PQXzm  
<Kk?BRxi  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run (Y  
~bgM*4GW  
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） .lGN Fx  
jM>;l6l  
H?;@r1ZAn  
8`Tj*7Y=  
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。 aX*7tRn_%  
v|nt(-JX  
总结 )g ?'Nz  
}-p-(  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 k|cP]p4,  
1.模拟 L#N]1#;  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 Qa"4^s  
2.研究 M`?ATmYy  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 `~h8D9G  
3.优化 pbGv\SF  
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。 :DFtH13qO  
4.分析 ,v#3A7"yW  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 S"@@BQ#mf  
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。