[技术]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） # ~(lY}  
_X)`S"EsJ  
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 G}LOQ7  
9(pF!}1%\  
0u?VnN<  
:3A^5}iz  
简述案例 =k\Qx),Ir  
34:Y_*  
系统详情 ZO8r8 [  
 光源 k< $(  
- 强象散VIS激光二极管 DDBf89$\  
 元件 XE($t2x,M  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） vn1*D-?  
- 具有高斯振幅调制的光阑 }ki6(_  
 探测器 K_GqM9  
- 光线可视化（3D显示） &1FyauH  
- 波前差探测 ]6;G#
  
- 场分布和相位计算 PM^Xh*~  
- 光束参数（M2值，发散角） UFGUP]J>  
 模拟/设计 ZLlAK?N  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 d$B+xW  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： &xE+PfX  
 分析和优化整形光束质量
4|h>.^  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 AsO)BeUD  
9S/X,|i  
系统说明 D!rD-e  
\2[sUY<W  
kJ"}JRA<  
模拟和设计结果 &UIS17cT  
DbrK,'b%  
数值探测器结果 U-pBat.$'C  
@r]1;KG  
d~;U-  
eCwR }m?_  
f"Kl?IN8  
总结  U92?e}=]  
C)BVsHT4  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 H+npe'm_Z  
1.模拟 I<!,_$:  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 
C]M{  
2.评估 IeAUVRS)  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 @<z#a9  
3.优化 \4Z"s[8}  
利用一个具有高斯形状孔径函数的光阑和经典场追迹引擎来优化M2参数。 j$Vtd&  
4.分析 ^w*&7.Z  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 N4w&g-  
G5*_  
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。 cv9-ZOxJ  
yX1OJg[s,  
详述案例 cB_3~=fV  
lin  
系统参数 7
'RU\0QG  
K}8wCS F  
案例的内容和目标 Z&5cJk W  
zv~b-Tp  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 O6]X\Cwj%  
@!::_E+F]  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 :tp{(MF  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 Q+Ya\1$6A  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。
[-h=L Jf#  
#Kt5+"+7  
模拟任务：反射光束整形设置 vjd;*ORB  
引入的反射光束整形装置是基于一个反射镜系统，此系统由两个抛物面圆柱反射镜镜与抛物面截面反射镜组成。焦点距离和镜子的位置取决于输入光束的发散角。 #R#|hw  
m`#UV-$J  
VE*&t>I  
;_E][m  
Eg0qY\'  
tNYCyw{K  
规格：像散激光光束 1G 63eH)!  
79}Qj7  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 a3^({;k!0  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 X@Yl<9|i  
+?uZ~VSl  
pF7S("#R
 
.2/W.z2  
9On(b|mT  
>qci$  
规格：柱形抛物面反射镜 GL3olKnL  
                         P|;=dX#-  
 有抛物面曲率的圆柱镜 =:Lc-y>  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 _}Ec[c  
 曲率半径等于焦距的两倍 HfA@tZ5q|U  
Bu#\W  
|1UJKJwX  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） T@j@IEGH  
]t;bCD6*  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 T4x[ \v5d  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） O],]\M{GL  
 离轴角决定了截切区域 Q9sxI}D )R  
N>',[4pJ|  
规格：参数概述（12° x 46°光束） v v]rXJu1  
[-w+ACV~  
   =
R0#WMf$@  
pF'M
  
光束整形装置的光路图 YHI@Cj  
8&++S> <  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 nHIW_+<Mf  
 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。  ui1h M  
P~u~`eH*  
反射光束整形系统的3D视图 jfsbvak  
Xv?'*2J  
6F08$,%Y  
);*#s~R  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 A9ru]|?  
 绿线表示生成的光轴，由VirtualLab的基础定位方法生成（仅仅设置了距离z和倾角）。 ;09U*S$eK  
7A4_b8  
详述案例 ,B$m8wlI|  
NEcE-7aT  
模拟和结果 Un{9reX5  
{{Z3M>Q  
结果：3D系统光线扫描分析 >kG: MJj  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 .?;"iv+  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 uDsof?z  
*)um^O  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd 75RQ\_zDu  
1|3{.Ed  
使用参数耦合来设置系统 o 9{~F`{p  
kac]Rh8vO  
!&@
!:=X,  
自由参数： VVm8bl.q  
 反射镜1后y方向的光束半径 _.K<#S  
 反射镜2后的光束半径 nZ~J&QK-  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） -aF\ u[b  
 由于功能原理，所有系统参数（距离，焦距，直径）可以由光束参数分析计算。 Evb %<`gd  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 3NxwQ,~  
ff.;6R\  
!;COFR  
6@cT;=W;xj  
fv?vfI+m  
KImazS^  
f)%8*B  
自由参数： +
N>&b%  
 反射镜1后y方向的光束半径 yfCdK-9+B  
 反射镜2后的光束半径 }@avGt;v  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） FvV:$V|  
 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~_aM@q1  
?s5hckhh  
=#sr4T  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 7S)u7  
<ZgbmRY8  
?(P3ZTk?.  
结果：使用GFT+进行光束整形 G$!JJ. )d  
Qlgii_?#@  
KI~M.2pk  
K!BS?n;  
ecG,[1];  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 ~x 0x.-^A  
89X`U)W
s  
s'^"s_j  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 @"gWvs  
S6bW?8`  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 xcA5  
k^v P|*eu  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： Fi_JF;  
Ht!]%  
1.y|bB+kB  
!e0~|8  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd 'Z=8no`<  
qZ|>{^a*  
结果：评估光束参数 d-sK{ZC"y  
CAvyS  
tNbZ{=I>  
 从生成的整形光束场分布，可以评估光束参数。 可以直接通过使用探测器界面实现。 n#lZRwhq  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M²值感兴趣。 tsvh/)V  
u AmDXqJ3  
7"0l>0 \  
 整形光束在x和y方向上显示了一个几乎相同的半径。 发散角大约是4urad。 N56/\1R  
 M²值明显高于1。（与理想高斯光束相比，高M²值是由光束偏离引起的） x=~$ik++  
lay)I11->  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd wtpz ef=  
>^q7:x\  
光束质量优化 |SfmQ;  
mcFJ__3MAV  
(c=.?{U  
 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。 iR(jCD?) 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）。 ygn]f*;?kw  
/a:sWmxMT  
结果：光束质量优化 _BP!{~&;  
<W<>=vDzyE  
1 /dy@'  
 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。 xpjv@P  
[~#]p9|L  
F vt5vQ  
zEYT,l  
 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。） krI@N}OU  
Oj~4uT&"  
JNZ
O7s  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd W+&<C#1|]  
/>,KWHR|:  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 PA_54a9/<  
?ot7_vl  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 s}5,<|DL  
py8)e7gX=  

x'IYWo ]  
 这意味着参数变化是的正态 U3UDA  
3+
>;$  
*[SOz)  
,KyG^;Riy  
?@uyqi~:U  
 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。 `C+>PCO  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 i SD?y#  
Y)oF;ko:  
"0ZBPp1q  
(o5^
@aDr  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run  ^D.u   
u{+z?N  
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） ,/uVq
G  
BhcTPQsW  
@j/|U04_Z  
"f5neW  
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。 nB .?=eUa  
8,DY0PGP  
总结 JsZLBq*lP  
b|'{f?  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 Pv#>j\OR&  
1.模拟 aR0'$*3E  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 c?H@HoF  
2.研究 @cC@(M~Ru  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 cFF'ygJ/  
3.优化 jMV9r-{*+  
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。 CqkY_z  
4.分析 AwQ7Oz|(  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 yy(.|  
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。