[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{$t:l)2,  
+R}(t{b#  
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 Rn={:u4  
cES3<`[K  
9;3f`DK@2k  
#8.%YG  
简述案例 0(fN  
!Kv.v7'N/k  
系统详情 ,@2d<d]  
 光源 }5#<`8  
- 强象散VIS激光二极管 u
Q4
WM  
 元件 CrHH Ob  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） y"=j[.  
- 具有高斯振幅调制的光阑 R3;GMe@D#
 
 探测器 7o?6Pv%HJC  
- 光线可视化（3D显示） d,j"8\@  
- 波前差探测 Z IfhC'  
- 场分布和相位计算 "7_6iB&@<  
- 光束参数（M2值，发散角） \N1G5W  
 模拟/设计 e-Z+)4fH  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 FilHpnQCt  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： S[!-M\b  
 分析和优化整形光束质量 +.UdEIR";M  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 PE1F3u>O  
jdxwS  
系统说明 XYD}OddO  
$Oa}U3  
HpI[Af}l  
模拟和设计结果 (hTe53d<S?  
fk%r?K6K  
数值探测器结果 > t*+FcD  
mx s=<  
e2|2$|  
oGpyuB@A/  
a5o
&6_  
总结 >jU.R;H5  
-Y'Qa/:7  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 `9SRiy  
1.模拟 nunTTE,iq%  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 dwOB)B@{H  
2.评估 g1-^@&q  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 c%Y%c2([  
3.优化 ,.Ac= "
f  
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。 F8S -H"  
4.分析 Y85M$]e,  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 _+%RbJ~H  
`(A>7;]:  
对于复杂的光束整形装置，特别是离轴系统，可以使用VirtualLab来进行高效的模拟和分析。模拟过程中，根据情况应用不同的模拟引擎。 `Y`Ujr\6  
9:N@+;|T  
详述案例 \O 9j+L"  
t-gg,ttnA  
系统参数 g+h)s!$sB  
3# G;uWN-  
案例的内容和目标 ML?%s`   
Wi_5.=  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 qh;ahX~  
{Lu-!}\NP  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 -MZLkSU  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 GEU
:xn  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 q6'3-@%  
}MAvEaUd  
模拟任务：反射光束整形设置 y\&GPr  
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。 Z+h^ ie"g  
Z_{`$nW  
z+5l:f  
rjfcZ@  
FWqnlK#  
'3B`4W,  
规格：像散激光光束 4G;FpWQm  
|UvM[A|+  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 NQzpgf|h  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 uKF?UXc  
,Oojh;P_  
X6s6fu;  
'j>+eA>  
z,/0e@B >  
e R"XXF0u  
规格：柱形抛物面反射镜 5`CPaJT$  
                         !<\"XxK+l  
 有抛物面曲率的圆柱镜 X^mvsY  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 (CKx s I@  
 曲率半径等于焦距的两倍 /HR9(j6  
VXEA.Mko  
;4<CnC**  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） MkJ}dncg*  
~#3h-|]*  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 .U|e#t  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） ,|SO'dG  
 离轴角决定了截切区域 ZC+F*:$  
D6&fDhO27  
规格：参数概述（12° x 46°光束） !{5jP
|vo  
7e$\|~<  
   fRKO> /OT  
z[:UPPbW  
光束整形装置的光路图 IgH[xwzy[  
Rt!G:hy7  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 q H&7Q{  
 因为离轴抛物面镜的位置是相对于它的焦点，那么到反射镜2的距离z必须是负的。 weCRhA  
*yp}#\rk  
反射光束整形系统的3D视图 AD$k`Cj  
Iw(2D(se  
~J1;Z0}#  
 e;8>/G  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 jSbO1go#  
 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）。 I,dH\]^h=  
4Fhiac  
详述案例 %m[
:},  
(pXZ$R:  
模拟和结果 cF{5[?wS  
-.ITcDg  
结果：3D系统光线扫描分析 )2T?Z)"hO  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 xi=Z<G  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 | ZBv;BW  
cQEK>aAd  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd D&_Ir>"\  
rqk1 F~j|  
使用参数耦合来设置系统 w :2@@)pr  
Y; =y-D  
<
V)T_  
自由参数： 1GB$;0 W),  
 反射镜1后y方向的光束半径 Q`ERI5b6  
 反射镜2后的光束半径 3XY;g{`=q  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） +T:F :X`  
 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。 F`,XB[}2  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 tj 6 #lM9  
5sui
*WH  
-+4:} sD  
S)Cd1`Gf  
P6w!r>?6N  
RE/'E?G  
l]RO'  
自由参数： N}x\Ll  
 反射镜1后y方向的光束半径 A2 r1%}{  
 反射镜2后的光束半径 |0YDCMq(  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） xvP<~N-  
 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。 "e62g  
+^$FA4<~  
E>~DlL%  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 O57n<J'6  
p]=a:kd4J  
i6wLM-.)  
结果：使用GFT+进行光束整形 I$sJ8\|gw'  
1z
NH[   
#W[/N|~wx  
0-#SvTf>;:  
WCxt-+#  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 z7'3d7r?  
TV)b
X  
6wH]W+A  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 `` (D01<  
vk\a>};  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 YCod\}
3  
Q?Vq/3K;  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： E/x``,k  
`Q?rQ3A}  
#JVw`=P  
X%Jq9_  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd u 0KVp6`  
6QVdnXoG/  
结果：评估光束参数 nQ>?{"  
%rVC3}  
)s^D}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。 "O1\]"j  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M²值感兴趣。 [pi!+k  
\{  
-'btKz*9  
 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。 8Wx>,$k  
 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） !mhV$2&r  
Wkw.z  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd cLl=?^DB  
.}gGtH,b3  
光束质量优化 .s
-X%%e\  
Gs]m; "o|  
7+wy`xi  
 通常，使用合适的高斯调制光阑以用于优化M²值。 因此，我们使用测量的半径作为腰束半径（消除发散角）来生成一个高斯光束。 6$-Ex  
 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）。 Z 4,
nl  
7i?"akr4  
结果：光束质量优化 cp.c$  
0NlC|5ma)  
?m5@ 635  
 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。 GUyMo@g  
x]o~ %h$  
5.!iVyN  
UMsJg7~  
 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。） jA@jsv  
.Fo0AjL}x  
RGd@3OjN  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd 'J(rIH3U  
TtA6N8G  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 :%ms6j/B&V  
?;NC(Z,  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 !p$z8~  
@jb -u S  
R7%' vZk  
 这意味着参数变化是的正态 `)e5pK  
Ce 3{KGBw  
*@6,Sr)_  
q~_DR4xZ  
 Er( I6  
 对于这个例子，假设每个反射镜都有±0.1°的角度偏差（绝对的方向）。 由于这个偏差，整形光束的波前差明显增加。 )EQWc0iKG  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 akg$vHhK4  
u0^Vy#@_  
[JI>e;l C:  
[Q(FBoI|  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run x'dU[f(  
i\E}!Rwl+  
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） /[ _aw&W}Z  
La&?0PA  

B!:%^S  
8nCw1  
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。 wuRB[KLe  
g}(yq:D  
总结 iZsZSW \  
J_PAWW  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 Wtl/xA_  
1.模拟 BPgY_f  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 OCR`1  
2.研究 (C{l4  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 M*XAyo4fI  
3.优化 y.h2hv]Bc  
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。 }4'5R  
4.分析 2% ],0,o  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 9g%1^$R  
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。