[技术]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） @Md/Q~>  
jp%S3)  
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 .5_2zat0H  
T4Uev*A  
lgL%u K)  
AofKw  
简述案例 y'.p&QH'`  
g wRZ%.Cn  
系统详情 vm8eZG|  
 光源 WaRw05r  
- 强象散VIS激光二极管 y
S'I[l  
 元件 \;Biq`  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） (=AWOU+  
- 具有高斯振幅调制的光阑 <dtGK~_  
 探测器 k(nW#*N_  
- 光线可视化（3D显示） Tx# Mn~xD  
- 波前差探测 GR_-9}jQP  
- 场分布和相位计算 D#C~pdp  
- 光束参数（M2值，发散角） iOghb*aW  
 模拟/设计 x=P\qjSa  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 %YscBG  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： cOJo3p;&  
 分析和优化整形光束质量 C ;W"wBz9  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 A}9`S6@@  
gPI ?C76  
系统说明 oJz^|dW  
N:/D+L
 
+~$ ]}%  
模拟和设计结果 aeJHMHFc  
B~ GbF*j  
数值探测器结果 |0b`fOS  
X&`t{Id?6  
A?P_DA  
f}P3O3Yv&  
]h+j)J}[A  
总结 F^;ez/Gl  
|u<7?)mp  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 hL{KRRf>  
1.模拟 N~)_DjQP5  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 .Yn_*L+4*  
2.评估 ?+@?Up0wGO  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 f.$af4 u  
3.优化 'zTLl8P  
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。 0S!K{xyR  
4.分析 .W!i7  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 V**~m9f  
sDlO#  
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。 YU'E@t5  
 ZBp/sm  
详述案例 YNF k  
 x'<X!gw  
系统参数 6LIJQ  
"+G8d'%YV  
案例的内容和目标 .#8 JCY  
rjYJs*#  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 oap4rHk}  
)Ql%r?(F+  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 /h3RmUy   
 之后，研究并优化整形光束的质量。 p<"mt]  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 &V/MmmT  
1mG-}  
模拟任务：反射光束整形设置 _-g&PXH  
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。 eeB{c.#  
ZUd
-<y  
zK@@p+n_#.  
Rima;9.Y0  
1=V-V<  
~Mxvq9vaD  
规格：像散激光光束 wbl&  
$ddCTS^  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 *$g-:ILRuZ  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 }5"u[Z.  
C~/a-  
v.qrz"98-  
vEJbA  
8$}
<, c(  
Ysv" 6b}  
规格：柱形抛物面反射镜 'D1xh~  
                         5=ryDrx  
 有抛物面曲率的圆柱镜 jse&DQ  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 eJ-nKkg~a  
 曲率半径等于焦距的两倍 ujpJ@OWj  
I; rGD^  
=dN@Sa/  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） utV_W&  
EADqC>  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 {)sdiE  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） A.w.rVDD  
 离轴角决定了截切区域 Z *x'+X  
7@W>E;go  
规格：参数概述（12° x 46°光束）
1$h,m63)  
r9?Mw06Wc5  
   & 1f+,  
c-sfg>0^  
光束整形装置的光路图 tQ#n${a@f  
La[V$+Y  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 )vlhN2iv  
 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。 7b+6%fV  
S,8elKH4  
反射光束整形系统的3D视图 G' 1'/  
_lq`a\7e  
cFXp  
4^<?Wq~  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 MF'JeM;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）。 ftSW (og  
#GFr`o0$^  
详述案例 E!F^H^~$8  
#KvlYZ+1  
模拟和结果 r<$y=B  
gjlx~.0d  
结果：3D系统光线扫描分析 :Z
lwy-[  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 |DwZ{(R"W  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 +b6v!7_  
Q,Eo mt  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd Pg{J{gn  
`WS&rmq&'  
使用参数耦合来设置系统 E{vbO/|kf  
K(|}dl:  
;kKyksxlD  
自由参数： %a7$QF]  
 反射镜1后y方向的光束半径 k}rbim  
 反射镜2后的光束半径 F"mmLao  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） EdX$(scu~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。 7xR\kL.,  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 5mR 1@  
o+VQ\1as?(  
2fS:- 8N  
Iu6   
fN2lLn9/u  
4I[P>  
$:^td/p J  
自由参数： T u'{&  
 反射镜1后y方向的光束半径 2Khv>#l  
 反射镜2后的光束半径 W@esITr  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） xyxy`qRA  
 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。
_e2=ado  
d_P` qA  
_u Il  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 z(~_AN M4,  
$pz/?>!  
1.>m@
Slr>  
结果：使用GFT+进行光束整形 &M[?h}B6  
VtohL+  
Fj!U|l\_9  
*NQ/UXE  
to&m4+5?6  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 8?C5L8)  
mp3s-YfRc  
oL<St$1  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 ./~(7o$  
Yr|4Fl~U  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 D43z9z-:L  
}K9H^H@r!  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： d d;T-wa}  
cc34e  
LH6vLuf  
P93@;{c(  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd @o.I;}*
N  
L:x-%m%w  
结果：评估光束参数 3gf1ownC  
zW nR6*\  
BJ0?kX@  
 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。 aQ~s`^D  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M²值感兴趣。 %XTI-B/K  
:
@&/kyGH  
Q@HV- (A  
 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。 OrG).^l  
 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） BerwI 7!=  
u=yOu^={  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd .e5Mnd%$M  
eQ}4;^;M-  
光束质量优化 \j.:3Xr  
P|> ~_$W  
O H7FkR  
 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。 mVmGg,  
 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）。 DL.!G  
L rPkxmR  
结果：光束质量优化 B1Oq!k  
'ig'cRD6N  
CQ2jP G*py  
 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。 Rva$IX^]  
t:c.LFrF  
B\n[.(].r  
u
VU)d1N  
 然而，光束半径是略有减少。（光束半径显示在最后一张幻灯片是由于其偏离了理想高斯。） y_9Ds>p!T  
)CyS#j#=  
`,0}ZzaV&  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd -{_PuJ "  
MY/}-*|  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 bN88ua}k{  
s(8W_4&'  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 :i7;w%
B  
9C i-v/M]  
c"xK`%e  
 这意味着参数变化是的正态 q,6DEz  
D3A/l  
rN{ c7/|  
kNL\m[W8$  
WN<zkM~3  
 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。 Xry47a )  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 %%wNZ{  
*9i{,I@  
.{
KVMc  
lHIM}~#;nd  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run KYN0  
yOKI*.}  
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） &VcV$8k  
lNBL4yM  
Y4(  
.}*
"
Nv  
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。 [fIg{Q  
'P}0FktP`  
总结 m#F`] {  

8JD,u  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 {}Za_(Y,]  
1.模拟 8KNZ](Dj  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 4'Zp-k?5`  
2.研究 zv"Z DRW  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 n-OL0$Xu  
3.优化 Xs?o{]Fe  
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。 u~-8d;+?y  
4.分析
!Rt>xD  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 H7j0K~U0  
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。