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infotek 2023-03-30 08:36

反射光束整形系统

光束传输系统(BDS.0005 v1.0) 2(c#m*Q!b  
f:UN~z'yr  
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 hT]p8m aRZ  
Q-au)R,  
*ap#*}r!Nk  
eS.]@ E-T  
简述案例
@'rO=(-b  
y(S0 2v>l  
系统详情 \bsm#vY,  
 光源 .F6#s  
- 强象散VIS激光二极管 Rd$<R  
 元件 1k~jVC2VA  
- 光束准直和整形的反射元件(例如圆柱抛物面镜) JQ1VCG  
- 具有高斯振幅调制的光阑 ' FK"-)s  
 探测器 ie ,{C  
- 光线可视化(3D显示) Rq9gtx8,=  
- 波前差探测 FV9RrI2  
- 场分布和相位计算 zKutx6=aj  
- 光束参数(M2值,发散角) \*N1i`99  
 模拟/设计 o&O!Ur  
- 光线追迹(Ray Tracing:):基本系统预览和波前差计算 #n7{ 3)   
- 几何场追迹+和经典场追迹(Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing): KJ~pY<a?  
 分析和优化整形光束质量 Cnr48ukq  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 re!CF8 q  
~h/U ;Da  
系统说明 0#7 dm9  
L}mhMxOTi  
vKC>t95  
模拟和设计结果 'yNp J'  
@RP|?Xc{?  
uprQy<I@  
场(强度)分布                                   优化后
数值探测器结果 KOQTvJ_#  
-*A'6%`  
7`}z7nk  
y)}aySQK^  
UPYM~c+}  
总结 kWd'gftQ  
?q P }=nJ  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 =-qsz^^a-  
1.模拟 x _K%  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 ) YFs  
2.评估 Q Y'-]  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 ThxrhQ q[+  
3.优化 8##jd[o&p~  
利用一个具有高斯形状孔径函数的光阑和经典场追迹引擎来优化M2参数。 d%3BJ+J  
4.分析 umzYJ>2t  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 eXK`%'  
*-_Np u6  
对于复杂的光束整形装置,特别是离轴系统,可以使用VirtualLab来进行高效的模拟和分析。模拟过程中,根据情况应用不同的模拟引擎。 nQ\k{%Q  
)^TQedF  
详述案例  o 2  
YkX=n{^  
系统参数 vXbT E$  
0K ?(xB  
案例的内容和目标 D OeKW  
SK52.xXJ  
在BDS.0001,BDS.0002,BDS.0003和BDS.0004案例中,研究了折射光束传输系统。 F/sBr7I  
7h1gU  
$x;h[,y   
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 {R;M`EU>  
 之后,研究并优化整形光束的质量。 e-9unnk  
 另外,探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 VU9P\|c@<  
5#.\pR{Gd  
模拟任务:反射光束整形设置 Ky#B'Bh}`g  
引入的反射光束整形装置是基于一个反射镜系统,此系统由两个抛物面圆柱反射镜镜与抛物面截面反射镜组成。焦点距离和镜子的位置取决于输入光束的发散角。 "Q{~Bj~  
-P>=WZu  
'*u;:[73  
8"mW!M  
v`^J3A  
J"/z?!)IB  
规格:像散激光光束 uz3pc;0LPY  
8? Wxd65)  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 Wx$q:$h@q  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 I0+wczW,^  
P lH`(n#  
y[6&46r7D  
KTjlWxD  
yr2L  
lc7a@qnw   
规格:柱形抛物面反射镜
,Bw)n,  
                         7G(f1Y  
 有抛物面曲率的圆柱镜 (0#F]""\e  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 : 5<9/  
 曲率半径等于焦距的两倍 wZ8 MhE  
A]Tcj^#  
5}bZs` C  
规格:离轴抛物面圆柱镜(楔型) "C.7;Rvkp>  
)nHE$gVM s  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 zX [ r  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜(楔型) )9L pX  
 离轴角决定了截切区域 q%k(M[  
I9un  
  
规格:参数概述(12° x 46°光束) E? eWv)//  
%=9yzIjbAt  
   76A>^Bs\/  
_b_?9b-)D  
光束整形装置的光路图 U5CPkH1  
{XD/8m(hN|  
AXP`,H  
 由于VirtualLab的相对坐标系统,则仅需设置z方向的距离。 ?Wg{oB@(  
 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。 HXfXb ^~  
BBR" HMa4  
反射光束整形系统的3D视图 (e>Rot0  
0w(T^G hZ  
qJ+52U|z  
-9>LvLU  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 r}0C8(oq  
 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)。 .6ngo0<g   
mvq7G  
详述案例 4[#6<Ixf  
=vr Y{5!>  
模拟和结果 6UW:l|}4#2  
9#&W!f*qO|  
结果:3D系统光线扫描分析 ~z K@pFeH  
 首先,应用光线追迹研究光通过光学系统。 tpa^k  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 HS\3)Ooj>  
y=9Dxst"V  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd UV']NH h  
Xqg.kX  
使用参数耦合来设置系统 +~ 3w5.8  
J-tq8   
p,w|=@=  
自由参数: sq~+1(X  
 反射镜1后y方向的光束半径 -VWCD,c  
 反射镜2后的光束半径 lmhbF  
 视场角,这决定了离轴取向(这些值保存为全局变量) )WVItqQKV  
 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。 lk_s!<ni  
 对于此计算,应用了嵌入的参数耦合功能。 Nmp>UE,7[  
3w/( /|0  
H DF"]l;  
=[P%_v``  
Kc%n(,+%"  
=w ^TcV  
D3S+LV  
自由参数: l:Dn3Q  
 反射镜1后y方向的光束半径 fJLf7+q  
 反射镜2后的光束半径 ! Ea&]G  
 视场角,这决定了离轴取向(这些值保存为全局变量) Vk-W8[W 7  
 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。 <i}q=%W!1  
d"H<e}D  
{)B9Z I{+A  
 如果这个例子评估20个参数,那么返回到光路图(LPD)。 H]_WFiW-9  
'7xxCj/*  
`'p`PyMt`  
结果:使用GFT+进行光束整形 3sZ,|,ueD  
(8CCesy&  
^|wT_k\  
#P(l2(  
cz2,",+~  
 现在,利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 2)wAFO6u  
8f?rEI\0GD  
=/6p#d*0  
 由于离轴设置,光线分布显示出轻微的不对称形状。 I"ca+4]  
9>N\sOh  
 不过,场分布几乎是对称的(最好是使用伪色(false colors))。 Ovv ny$  
j]pohxn$5  
 产生的相位是完全平坦的,产生的波前误差: /61by$E  
i"L }!5  
Yeqvv  
7}Bj|]b)~  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd [%)@|^hw91  
bxAsV/j  
结果:评估光束参数 )ZH c$+fU  
um;:fT+  
"H>.':c"+3  
 从生成的整形光束场分布,可以评估光束参数。 可以直接通过使用探测器界面实现。 R N@^j  
 在这个例子中,我们对光束半径,发散角和M²值感兴趣。 N~;*bvW{  
\e<mSR  
<EtUnj:qK8  
 整形光束在x和y方向上显示了一个几乎相同的半径。 发散角大约是4urad。 SD?BM-&~  
 M²值明显高于1。(与理想高斯光束相比,高M²值是由光束偏离引起的) ]/Vh{d|I&  
4E2yH6l  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd lR:?uZ$  
{>@QJlE0  
光束质量优化 P/ci/y_1  
\yNQQ$B  
u?F (1iN =  
 通常,使用合适的高斯调制光阑以用于优化M²值。 因此,我们使用测量的半径作为腰束半径(消除发散角)来生成一个高斯光束。 20aZI2sk`  
 之后,将接收场转换成一个透射函数。 将该传输函数用作光阑(在一个透射函数元件中)。
XYjcJ  
5G#$c'A{4  
结果:光束质量优化 .U9 R> #  
wUoiXi09  
Z?17Pu'Dp  
 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。 4qt+uNe!  
PL@~Ys0  
f ba&`  
Kq&qE>Ju  
 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。) ;WD,x:>blO  
:Hk_8J  
x? N.WABr;  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd /Pvk),ca  
RNTa XR+Zn  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 wK ?@.l)u  
KY$k`f6?P  
 对于公差,在随机模式下我们使用参数运行特性。 #{$1z;i?f  
}_}KVI  
}3Y <$YL"R  
 这意味着参数变化是的正态 D9BQID$R  
zBY~lNB  
fN)x#?  
v^SsoX>WMH  
D`pQ7  
 对于这个例子,假设每个反射镜都有±0.1°的角度偏差(绝对的方向)。 由于这个偏差,整形光束的波前差明显增加。 2no$+4+z  
这意味着,波前对对齐误差很敏感。 "_< 9PM1t  
Kb&V!#o)  
K]/Od  
OQp, 3 M{_  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run r\2vl8X~  
A&zS'toU  
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) uSN"vpc4D  
,%[4j9#!_  
PD6_)PXn  
O9s?h3  
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。 WC*=rWRxF  
m%QSapV  
总结 }D*yr3b  
!_~UvxM+  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 UKtSm%\  
1.模拟 &Z;_TN9[  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 Y$<D9f s3  
2.研究 h|bT)!|  
为了计算场分布和评价光束参数,应用几何场追迹+(GFT+)引擎。 |3shc,7  
3.优化 eC! #CK  
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。 O_;Dk W  
4.分析 mwC=o5O  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 $,fy$ Qk,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。
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