[技术]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） Fy4jujP<  
qGndh  
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~|nU  
_n9+
(X3  
>FtW~J"X  
+R7";.  
简述案例 At5:X*vD  
o`^GUY}  
系统详情 q/w U7P\%  
 光源 tPO\e]  
- 强象散VIS激光二极管 BKoc;20;  
 元件 $V"NB`T  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） 1VW;[ ocQ  
- 具有高斯振幅调制的光阑 +3VDapfin  
 探测器 X1*6qd+E  
- 光线可视化（3D显示） F",]*>r  
- 波前差探测 :SxOQ(n  
- 场分布和相位计算 UN`F|~@v  
- 光束参数（M2值，发散角） ,e"A9ik#  
 模拟/设计 wv,,#P  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 oo\0X  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： Ph&AP*Fq  
 分析和优化整形光束质量 dZ!Wj7K)  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 z-G|EAON"/  
T!6H5>zA  
系统说明 8kZ~  
&fBLPF%6  
2A3;#v  
模拟和设计结果 Uo{h. .7?  
yjvH)t/!.  
数值探测器结果 {8M=[4_`l  
xG<H${ k;  

9%\<x  
p},6W,f  
T:0X-U  
总结 @+",f]  
)>LQ{X.  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 &J|3uY,'j  
1.模拟 Kb0OauW  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 <i'4EnO  
2.评估 gF%lwq  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 /'1UfjW>  
3.优化 ie$QKoE  
利用一个具有高斯形状孔径函数的光阑和经典场追迹引擎来优化M2参数。 Du>dTi~  
4.分析 owe362q  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 AqVTHyCu  
Egt;Bj#%  
对于复杂的光束整形装置，特别是离轴系统，可以使用VirtualLab来进行高效的模拟和分析。模拟过程中，根据情况应用不同的模拟引擎。 cL*D_)?8  
/U<-N'|  
详述案例 _<5o1  
Tgp}k%R~  
系统参数 XgKtg-,  
5VWXUNe@_q  
案例的内容和目标 HZ=Dd4!  
M;W{A)0i1  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 )
8oI s  
'{kN
XCnZ  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 gcr,?rE<  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 E66e4?"  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 Y',s|M1})\  
IoNZ'g?d  
模拟任务：反射光束整形设置 io cr  
引入的反射光束整形装置是基于一个反射镜系统，此系统由两个抛物面圆柱反射镜镜与抛物面截面反射镜组成。焦点距离和镜子的位置取决于输入光束的发散角。 !-r@_tn|  
>H@ dgb  
e =& abu  
Rs)tf|`/  
5(>m=ef"  
]M{SM`Ya  
规格：像散激光光束 '#t"^E2$  
O7j$bxk/^  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 #e&j]Q$Eh  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 TEB%y9  
qB@]$  
g=pz&cz;>\  
G5zZf~r  
%-]j;'6}cX  
RrLQM!~  
规格：柱形抛物面反射镜 :RHNV  
                         }K;@$B6,@  
 有抛物面曲率的圆柱镜 >U"f1q*$  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 -9-%_=6  
 曲率半径等于焦距的两倍 Pf)<6?T  
1SkGG0 W  
.)})8csl.d  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） H1|X0a(j  
sx8mb
a(  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 (Tn*;Xjq  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） yt C{,g>  
 离轴角决定了截切区域 9R>A,x(
  
4'+/R%jk"  
规格：参数概述（12° x 46°光束） 4_PMl6qo  
N&S:=x:$S  
   9|jIrS%/~  
(0D0G-r:  
光束整形装置的光路图 Ym&_IOx  
4,FkA_k  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 w[PW-m^`  
 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。 /c/!13|  
~,R_  
反射光束整形系统的3D视图 z^~uq:  
{>QrI4*A  
lqqY5l6j  
QEUg=*3W=  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 (' `) m  
 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）。 M0c"wi@S_  
~ ;)@a  
详述案例 8 gOK?>'9  
bvEk.~tC'  
模拟和结果 kf>'AbN
 
jSVb5P  
结果：3D系统光线扫描分析 D6bCC; h=  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 2c0eh-Gf  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 ,PRM(n-  
^fnRzX  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd ?ZlwRjB\  
"793R^Tz  
使用参数耦合来设置系统 K+T`'J4  
'y-IE#!5  
*PL+)2ob  
自由参数： aH"tSgi  
 反射镜1后y方向的光束半径 4CX*  
 反射镜2后的光束半径 J[LGa:``  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） !6<2JNf  
 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。 *i5&x/ds  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 Z`b,0[rG[  
X:8=jHk
z  
An]*J|nFIY  
P[XE5puC  
y*Ex5N~JC  
?H*_:?=6  
a^Zn }R r  
自由参数： Ku,Efr  
 反射镜1后y方向的光束半径 !3yR?Xe
m}  
 反射镜2后的光束半径 `mCcD  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） dP)8T  
 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。 gvA&F|4  
.^JID~<?#  
T^A:pL1  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 1`aFL5[0$  
ml?+JbLg0  
Mqw&%dz'_  
结果：使用GFT+进行光束整形 '^Sa|WXq  
y"@~5e477$  
wy) Frg  
/ d6mlQS  
C:4h  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 ?r'b Z~  
[&+wW  
!\|&E>Gy  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 zT_{M qY  
}s{zy:1O  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 n4Q!lJ  
cE]tvL:g  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： T w"^I*B  
,3fw"P$  
HCHC~FNd  
d54>nycU~N  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd P\N`E?lJL  
2d$hgR#v  
结果：评估光束参数 I[[rVts  
lfj>]om$  
-QZped;?*  
 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。 IK%j+UB  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M²值感兴趣。 O^:Rm=,$  
l'3NiIX  
t}'Oh}CG  
 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。 $fnFi|-  
 M²值明显高于1。（与理想高斯光束相比，高M²值是由光束偏离引起的） +;cw<9%0  
2^qY,dL  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd 7sLs+|<"  
aNXu"US+Sp  
光束质量优化 =gfLl1wY[  
vaK$j!%FE  

QKOo #7  
 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。 hsfVKlw-  
 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）。 FirmzB Il5  
9.%{M#j  
结果：光束质量优化 c>DAR  
AV&W&$  
vhhsOga  
 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。 YO-O-NEP  
F*I{?NRN1  
~9'VP}\  
PeE'#&wn  
 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。） Sm,%>  
z),l&7  
RqcX_x(p  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd @p
`#y  
fMLm_5(H  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 :&TOQ<vM  
]@WJ&e/'@  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 @~a52'\  
-?e~S\JH  
^PWZ1.T  
 这意味着参数变化是的正态 o'D6lkf0  
Wigm`A=,r  
/{qr~7k,oQ  
NrL%]dl3/  
fNB*o={r|  
 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。 '-ACNgNn  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 0Y"==g+>f  
U15Hq*8Z  
r}vI#;&  
0n3O;=[aV  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run M(/%w"R  
4Q3Q.(  
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） y< 146   
ulVHsWg  
*(r85lEou)  
B VPf8
!-  
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。 \8F$85g  
qtgj"4,:`  
总结 \ &_ -  
}b,a*4pN  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 l}<s~
ip  
1.模拟 F /t;y\)  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 h!)(R<  
2.研究 kv5D=0r  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 y
)(@  
3.优化 >GZF\ER  
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。 "w_(p|cm=  
4.分析 zHx?-Q&3  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 &G'R{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。