光束传输系统(BDS.0005 v1.0) #)cRD#0
q. BqOa:
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 y7,~7f!N2
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简述案例 kQVl8KS bmT J 系统详情 C .YtjLQP$ 光源 nW|[poQK - 强象散VIS激光二极管 ;]nU-> 元件 5bZ`YO - 光束准直和整形的反射元件(例如圆柱抛物面镜) ' P-K}Y - 具有高斯振幅调制的光阑 >|z=-hqPK 探测器 :Q\h'$C - 光线可视化(3D显示) o/=K:5 - 波前差探测 _Q.3X[88C - 场分布和相位计算 Hyee#fB - 光束参数(M2值,发散角) ?{{E/J:% 模拟/设计 [ ddEt - 光线追迹(Ray Tracing:):基本系统预览和波前差计算 q &jW{ - 几何场追迹+和经典场追迹(Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing): HJg)c;u/2; 分析和优化整形光束质量 cJE2z2uW0 元件方向的蒙特卡洛公差分析
-U*XA C:
e}}8i 系统说明 ap;UxWqx 7*[>e7:A
pF"z)E|^ 模拟和设计结果 6;(Slkv #NL1N_B
jh8%Xu]t 场(强度)分布 优化后
数值探测器结果 ~{d94o.
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df8rf8B- MgtyO3GUAD 总结 9lA YCsX
Yq5}r?N 实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 aty
K^*aX 1.模拟 r-Dcc;+=Q 使用光线追迹验证反射光束整形装置。 Bwll
[=_I 2.评估 VQo7se1P 应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 4r5,kOFWb 3.优化 Y{p *$ 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。 oM MU5sm 4.分析 2]4R`[# 通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 "Ny_RF p=405~ 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。 2'pxA: Wg}#{[4 详述案例 )k7`!@ID
j j$'DZk 系统参数 ?TzN?\ CQtd%'rt6 案例的内容和目标 Hs-NP#I
d3n TJ X 在BDS.0001,BDS.0002,BDS.0003和BDS.0004案例中,研究了折射光束传输系统。 {z.}u5N ,][+:fvS
5'z&kl0"S 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 ]pB~&0jg 之后,研究并优化整形光束的质量。 z*9/ "M 另外,探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 X.272q<. /H3,v8J@ 模拟任务:反射光束整形设置 ;j/ur\37 引入的反射光束整形装置是基于一个反射镜系统,此系统由两个抛物面圆柱反射镜镜与抛物面截面反射镜组成。焦点距离和镜子的位置取决于输入光束的发散角。 ,;D74h2F
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.R-:vU880 =,0E3:X^
^kXDEKm <&+l;z 规格:像散激光光束 OEAF. sO(K po9jq 由激光二极管发出的强像散高斯光束 {b#c0>.8- 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 *~:@xMa
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h_A}i2/{
}]n&" =Zk-
C]r$ G:@gO2(D
规格:柱形抛物面反射镜 -<s?`Rnk iK.MC%8? 有抛物面曲率的圆柱镜 4Y)3<=kDG 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 3]c<7vdl 曲率半径等于焦距的两倍 r/{VL3}F_e ,cm2uY 2nEj
X\BY 规格:离轴抛物面圆柱镜(楔型) `__CL
)N| I&(cdKY
z 对称抛物面镜区域用于光束的准直 2?}( 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜(楔型) ]1Q\wsB 离轴角决定了截切区域 liU=5BL y'zEaL&SI@ 规格:参数概述(12° x 46°光束) Z-vzq; ;yUY|o
-}N{'S,Bp R=9j+74U 光束整形装置的光路图 9#3+k/A e3Lf'+G\
zg5u 由于VirtualLab的相对坐标系统,则仅需设置z方向的距离。 pCC0: 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。 0[hl&7 Ab@ 3~ZtAgih% 反射光束整形系统的3D视图 6l> G>)
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gVI*`$ Ri-I+7(n! 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 B\("08x 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)。 h]zx7zt-
IC{>q3 详述案例 %ZQl.''ISa \dfq&oyU\ 模拟和结果 -iW[cj
R`$ x[>A'.m@) 结果:3D系统光线扫描分析 ]&9f:5', 首先,应用光线追迹研究光通过光学系统。 :s$9#}hw, 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 )v|a:'%K_ T}\U:@b file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd jn+0g:l yDyq. -Q 使用参数耦合来设置系统 Dv hK0L*Qr
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2>H\arEstR
自由参数: -({\eL$n
反射镜1后y方向的光束半径 FF/MTd}6qG
反射镜2后的光束半径 Np=*B_ @8
视场角,这决定了离轴取向(这些值保存为全局变量)
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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。 rVN|OLh
对于此计算,应用了嵌入的参数耦合功能。 oF*Y$OEu?c
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HQE#O4
P/y-K0u
da-3hM!u+
`V?{ 自由参数: pa\]@;P1 反射镜1后y方向的光束半径 ^|x{E20 反射镜2后的光束半径 SS`\,%aog 视场角,这决定了离轴取向(这些值保存为全局变量) MP3E]T~: 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。 ec3('}X v\HGL56T Y] n^(V 如果这个例子评估20个参数,那么返回到光路图(LPD)。
i/$lOde PuOo^pFhH G!Uq#l> 结果:使用GFT+进行光束整形 ~M\s!!t3 GN>T }
od|pI5St -I|yi' Z os~1N]3 现在,利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。
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9b^\&& ,{oANqP 由于离轴设置,光线分布显示出轻微的不对称形状。
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,yz+yP uj]GBo= 不过,场分布几乎是对称的(最好是使用伪色(false colors))。
X;0EgIqh3 fDRQ(} 产生的相位是完全平坦的,产生的波前误差:
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h?R-t*G? QHQj6] file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd
g=%W"v '2
)d9_ w 结果:评估光束参数 62zlO{ >rJ 3oIoQj+D b"zq3$6* 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。
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L Z 在这个例子中,我们对光束半径,发散角和M²值感兴趣。
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Mdy H/.Te pkT
a^I 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。
Y# lE 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)
svQDSif F^w0TD8 file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd
T0SD|' 6[CX[=P30 光束质量优化 0\mM^+fO Wm\f:|U5` d_yqmx?w 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。
O+e8}Tmm 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)。
0p#36 czqy VJNPs6 结果:光束质量优化 JhD8.@} b~ 8^~ljf]6 l p? h~ 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。
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