[技术]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） ]5"k%v|  
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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 9)1Ye  
"a)6g0gw  
iibG$?(  
71R,R,  
简述案例 ce\d35x!  
>;I8w(  
系统详情 X?'cl]1?  
 光源 d=xjLbsZ  
- 强象散VIS激光二极管 1z8"Gk6  
 元件 4tZ*%!I'  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） adP :{j  
- 具有高斯振幅调制的光阑 UA8hYWRP  
 探测器 Mqd'XU0L  
- 光线可视化（3D显示） 60!%^O =  
- 波前差探测 z
)^|.  
- 场分布和相位计算 xUdGSr50  
- 光束参数（M2值，发散角） T"z<D+pN  
 模拟/设计 ~|}]  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 s
r6BC.  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： ?z9!=A%<V~  
 分析和优化整形光束质量 .Z[4:TS  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 w.
k9{f  
]!/U9"_e"B  
系统说明 e%JIqKS  
9Y,JYc#  
NbU`_^oC  
模拟和设计结果 cuQ!"iH  
U9:)qvMXe  
数值探测器结果 TF/NA\0c$  
" !EnQB=  
$os]$5(  
@.W;3|~qc  

 B(;MI`  
总结 $IE}fgA@5  
uslu-|b!%  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。  1c0'i  
1.模拟 Zt!#KSF7%  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 A O:F*%Q u  
2.评估 TRm#H$  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 4{uQ}ea  
3.优化 @Ul3J )=m  
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。 :VT%d{Vp_  
4.分析 44ty,M3  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 72sqt5C]  
Nu"v .]Y2  
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。 {6ZSf[Y6B  
;l*%IMB  
详述案例 /qIQE&V-  
_aFe9+y  
系统参数 r W`7<3  
vkE`T5??  
案例的内容和目标 "bhK%N;  
|0i{z(B  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 _c>ww<*3  
Ku,wI86  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 yI: ;+K  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 r/sSkF F  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 `}?;Ow&2CY  
`"=>lu2H  
模拟任务：反射光束整形设置 m%[e_eS  
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。 O-V|=t  
a dqS.xs  
[q?RJmB]  
w#b@6d  
f5V-;  
./F:]/Mt  
规格：像散激光光束 PMytk`<`zw  
Xq;|l?,O  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 0>od1/`  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 &+#5gii1i  
-hXKCb4YU  
^{uHph9n
y  
`D77CC]vU  
sE[`x^1'8  
<Z%=lwtX  
规格：柱形抛物面反射镜 qzZ/%{Ak  
                         3>h2W  
 有抛物面曲率的圆柱镜 8%,#TMOg  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 L?h?LZnq  
 曲率半径等于焦距的两倍 &4:R(]|  
E2dM0r<]  
9f! M1  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） lI?P_2AaS  
$2a
"Ec!7  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 v'i'I/  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） F^.A~{&L  
 离轴角决定了截切区域 i#la'ICwJ  
{U;yW)  
规格：参数概述（12° x 46°光束） VL*KBJ  
,-Hj  
   8s)b[Z5  
u#Ig!7iUu  
光束整形装置的光路图 xxur4@p!  
[#Qf#T%5h  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 (xb2H~WrN  
 因为离轴抛物面镜的位置是相对于它的焦点，那么到反射镜2的距离z必须是负的。 1d< b\P0  
Rf!v{\  
反射光束整形系统的3D视图 <L]Gk]k_R  
/9pxEidVAS  
%+l95Dv1  
(,h2qP-;ud  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 r-y;"h'  
 绿线表示生成的光轴，由VirtualLab的基础定位方法生成（仅仅设置了距离z和倾角）。 ]VjvG};  
5mZ2CDV  
详述案例 dL$ iTSfz"  
G!Brt&_'  
模拟和结果 6.)ug7a
F  
h[>pC"s?K  
结果：3D系统光线扫描分析 b&P)J|Fe  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 B@(d5i{h  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 ^s{Ff+]W  
V[(fE=cIN~  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd @S@VsgQ%3Z  
y^C5_w(^jZ  
使用参数耦合来设置系统 ]AYP\\Xi  
A`uHZCwJ5  
'V?FeWp  
自由参数： 0OM^,5%8  
 反射镜1后y方向的光束半径 WK6,K92  
 反射镜2后的光束半径 c]uieig0~  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） ZPH_s^  
 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。 ;O}%SCF7  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 gO8d2?Oh  
Fl_}Auj{&(  
8_}t,BC  
tY;<S}[@7w  
_3aE]\O[  
9K@I  
3
Z";a  
自由参数：  4v`
/~a  
 反射镜1后y方向的光束半径 HS<Jp44  
 反射镜2后的光束半径 m+!.H\  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） j1;[6XG  
 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。 +ALrHFG  
Ye3o}G9z  
v/ N[)<  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 v^ ^Ibv  
Es+I]o0K  
+bE{g@%@+  
结果：使用GFT+进行光束整形 R$awo/'^  
/F;2wT;  
vcFR Td  
_p6r5Y  
AAQ!8!  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 f5*qlQJFz\  
l6bY!I>  
A M[f  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 sm`c9[E  
4MPy}yT*  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 rp4D_80q  
RFRX
OyGz$  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： h\[@J rDa  
zwV!6xG  
HTYyX(ya  
q~}oU5  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd nms[No?  
z0rYzn?M
R  
结果：评估光束参数 b,+Sa
\j)(  
LL e*|:  
];k!*l
R)  
 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。 a_c(7bQ  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M²值感兴趣。 *F%1~  
D \i]gfu8W  
b@C
jnAZ  
 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。 hZ1enej)  
 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） BSMb(EnqX  
#A5X,-4G  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd `o#(YEu  
 skl3/!  
光束质量优化 }W'j Dz7O  
+UDt2  
9>4#I3  
 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。 znE1t%V  
 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）。 F{jxs/~  
y>=YMD  
结果：光束质量优化 ,^G+<T6  
H/{@eaV  
vCi`htm%  
 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。 -u@ ^P7  
_]*YSeh=  
fJr EDj4(  
gfK_g)'2U  
 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。） ow \EL  
U^KWRqt  
_{`Z?lt  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd ;J|t-$Z  
48wt  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 h)Fc<,vwBE  
{LjzkXs  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 Q`*U U82!  
KS8@A/f  
?'~u)O(n  
 这意味着参数变化是的正态 @ovaOX  
0s-K oz  
t|'%0 W  
>0@w"aKn  
FQ0&{ulb  
 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。 F?'  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 {x
g=Ym)  
X`_tm3HC  
zI[<uvxzW`  
wKi#5k2  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run vk E]$4P[$  
f#&z m} t  
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） SLEOcOAmD  
,iYhD-"'  
JRC2+BU /  
eW 4[2Q  
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。 9^DAlY,x.  
4AEw[(t  
总结 s``a{ HZ  
>N al\  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 <eEIR  
1.模拟 W#U|;@"  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 zlP{1z;nV  
2.研究 G~y:ZEnN[  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 +JYb)rn$^  
3.优化 Wi=zu[[qc  
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。 H<!q@E ;  
4.分析 itNuY<"  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 Ra53M!>]  
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。