[技术]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） ;P#c!  
[spJ%AhV  
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 QXcSDJ  
Pgg\(D#X`  
Rr|&~%#z  
]_WB^  
简述案例 NlS/PWc6(  
=E?!!EIq.  
系统详情 "5,tE
P!  
 光源 x!08FL)  
- 强象散VIS激光二极管 ~K-c-Zs#z  
 元件 N=QeeAI}}m  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） A1A/OU<Vb  
- 具有高斯振幅调制的光阑 y,D4b6  
 探测器 gfPht 5  
- 光线可视化（3D显示） [8o!X)  
- 波前差探测 ?/@~d  
- 场分布和相位计算 Rt[zZv  
- 光束参数（M2值，发散角） lStYfO:<'v  
 模拟/设计 cCoa3U/  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 $]Vvu{  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： Gs%
cod  
 分析和优化整形光束质量 EN =oA P  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 5ZRO{rf  
;;2Yfn'`9  
系统说明 J4-64t nZ  
x!
A.**  
0?tn.<'B8T  
模拟和设计结果 %$)[qa3  
*P#okwp  
数值探测器结果 TfYXF`d  
4|9c+^%^  
8%dE$smH  
8KQ]3Z9

p  
wIv_Z^%V  
总结 8e`'Ox_5a  
dsx'l0q 'i  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 |-W7n'n  
1.模拟 c3X'Sv  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 =lzRx%tm  
2.评估 TfD]`v`]   
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 ;<JyA3i^V,  
3.优化 XQW+6LEQ  
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。 ]pZxbs&Vb  
4.分析 D{]t50a.  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 JP2zom  
CMm:Vea  
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。 1 h.=c  
WW'8&:x  
详述案例 PhHBmMGL  
~VRt6C  
系统参数 n(|~z  
TV~<1vj  
案例的内容和目标 1e8J-Nkj  
s<i& q {r  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 ^ di[J^  
_%M5 T  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 DriJn`vtzq  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 E^:8Jehq  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 O>Vb7`z0<  
vPm&0,R*y:  
模拟任务：反射光束整形设置 5AvbKT  
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。 eY)JuJ?  
7IrbwAGZ3  
/B$9B  
K0|8h!WF+  
1}moT#  
h&$7^P  
规格：像散激光光束 +:hZ,G?>  
U>bmCK2  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 8n.sg({g  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 As$:V<Z  
y;)j  
ax]Pa*C}  
*}pl  
<5R`E(  
3D)gy9T&l  
规格：柱形抛物面反射镜 >vDa`|g  
                         :^c' P<HM  
 有抛物面曲率的圆柱镜 z=}@aX[  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 v"y0D  
 曲率半径等于焦距的两倍 LL|uMe"Jb  
K.y2 $b/  
{XT3M{`rWL  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） *SW.K{{  
cR/-FR  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 OLThi[Yn  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） 1o&]=(  
 离轴角决定了截切区域 RTPxAp+\5  
O~E6"vQ  
规格：参数概述（12° x 46°光束） 83 O+`f  
Q9-o$4#R[  
   W'3&\}  
AS 5\X.%L*  
光束整形装置的光路图 S7{L-"D=y  
f}jo18z%  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 {o2pCH
 
 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。 n|t?MoUP  
Pm2T
!0  
反射光束整形系统的3D视图 G+k[.  
tY?_#rc  
(8M^|z}q  
7+I%0U}m  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 XS$5TNI  
 绿线表示生成的光轴，由VirtualLab的基础定位方法生成（仅仅设置了距离z和倾角）。 K"p$ga{  
yc./:t1at>  
详述案例 BXNt@%  
``%uq)G=D  
模拟和结果 c\X0*GX  
m7zx,bz>  
结果：3D系统光线扫描分析 YeN /J.R  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 4>q^W$  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 L@ ,-V  
<SiD m-=E  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd s[
{L.9Y  
DU_38tz  
使用参数耦合来设置系统 p&B c<+3e  
@]*b$6tt  
d2b L_  
自由参数： z93HTy9  
 反射镜1后y方向的光束半径 +f{CfWIKs  
 反射镜2后的光束半径 Yzr RnVr  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） :}r^sD  
 由于功能原理，所有系统参数（距离，焦距，直径）可以由光束参数分析计算。 K<@gU\-!  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 y[U/5! `zV  
g[VVxp!C<  
m$T?~oo  
h@
{U>U7  
P4"
Pb\o*  
)` nX~_'p  
yN*HIN  
自由参数： j@4 yRl ^  
 反射镜1后y方向的光束半径 UQGOCP_  
 反射镜2后的光束半径 2ckAJcpEb/  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） JCjQR`)  
 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。 ~7Ji+AJA  
!PN;XZ~{  
. &dh7`l  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 "NUl7ce.R  
_dCsYI%  
Q>\y%&df  
结果：使用GFT+进行光束整形 t;P%&:"@M  
m'Jk!eo  
Yjv[rH5v  
=NyN.^bwT  
g8 (zvG;Y  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 xkv2#"*v  
L2s)B  
(*63G4Nz\  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 sb 3l4(8g  
_Je k;N  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 q6Q;9,  
jM%qv  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： $gi{)'z  
LOY+^  
I!(.tu6u6c  
*/gm! :Ym  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd S~WsGLF s  
Pb0+z=L  
结果：评估光束参数 l~.}#$P]  
z/bJDSQ  
9/$D&tR
N  
 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。 3L24|-GxH  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M²值感兴趣。 (bfHxk
R.  
],ow@
}  
ebk{p<  
 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。 lk $S"OH!  
 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） \0%)eJ  
bP;cDQ(g  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd wH&Rjn  
M[5zn  
光束质量优化 kc&>l(  
,|?-\?I  
.pNPC|XU  
 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。 du
2q6"  
 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）。
(5@9j  
>SJ# rZ  
结果：光束质量优化 \A`pF'50  
uHdrHP  
Wx}+Vq<q  
 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。 8" Z!: =A  
O@U[S.IK  
lhm=(7Y  
{Y{*(5YV  
 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。） HjTK/x'_'L  
Y$3H$F.+  
azMrY<  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd RYMOLX84  
\XR%pC  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 ZOl =zn  
q_Td!?2?  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 =~YmM<
L  
{.9phW4Vr?  
|xaJv:96%  
 这意味着参数变化是的正态 (;=:QjaoZ  
kzCD>m  
u/FnA-L4  
{t: ZMUV  
\(_FGa4j  
 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。 =Haqr*PDx  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 4ew|5Zex.~  
~:ddT
v?F  
tBe)#-O
 
:<d\//5<9  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run }9fH`C/m  
}fw;{&s{z  
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） nf!RB-orF  
<Gzy*1Q&  
qPdNI1 |  
0 1[LPN  
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。 'j=7'aX>K  
~~]/<d  
总结 07-S%L7Z  
JsOPI]  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 +M%i3A  
1.模拟 -}k'a{sj=  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 D3yG@lIP3  
2.研究 #=R)s0j"  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 sqHvrI  
3.优化 WlP#L`  
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。 We3*WsX\  
4.分析 /=4P<&J  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 W5*%n]s~  
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。