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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$<R 元件 1k~jVC2VA - 光束准直和整形的反射元件(例如圆柱抛物面镜) JQ1VCG - 具有高斯振幅调制的光阑 ' FK"-)s 探测器 ie,{C - 光线可视化(3D显示) Rq9gtx8,= - 波前差探测 FV9RrI2 - 场分布和相位计算 zKutx6=aj - 光束参数(M2值,发散角) \*N1i`99 模拟/设计 o&O!Ur - 光线追迹(Ray Tracing:):基本系统预览和波前差计算 #n7{ 3) - 几何场追迹+和经典场追迹(Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing): KJ~pY<a? 分析和优化整形光束质量 Cnr48ukq 元件方向的蒙特卡洛公差分析 re!CF8
q ~h/U ;Da 系统说明 0#7dm9 L }mhMxOTi
vK C>t95 模拟和设计结果 'yNp J' @RP|?Xc{?
uprQy<I@ 场(强度)分布 优化后 数值探测器结果 KOQTvJ_# -*A'6%`
7`}z7nk
y)}aySQK^ UPYM~c+} 总结 kWd'gftQ ?q P}=nJ 实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 =-qsz^^a- 1.模拟 x_K% 使用光线追迹验证反射光束整形装置。 )YFs 2.评估 Q
Y'-] 应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 ThxrhQ
q[+ 3.优化 8##jd[o&p~ 利用一个具有高斯形状孔径函数的光阑和经典场追迹引擎来优化M2参数。 d%3BJ+J 4.分析 umzYJ>2t 通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 eXK`%' *-_Npu6 对于复杂的光束整形装置,特别是离轴系统,可以使用VirtualLab来进行高效的模拟和分析。模拟过程中,根据情况应用不同的模拟引擎。 nQ\k{%Q )^TQedF 详述案例 o2 YkX=n{^ 系统参数 vXbT E$ 0K ?(xB 案例的内容和目标 DOe KW 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:$h@q 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 I0+wczW,^ PlH`(n#
y[6&46r7D KTjlWxD
yr2L lc7a@qnw 规格:柱形抛物面反射镜 ,Bw)n, 7G(f1Y 有抛物面曲率的圆柱镜 (0#F]""\e 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 :5<9/ 曲率半径等于焦距的两倍 wZ8 MhE A]Tcj^# 5}bZs` C 规格:离轴抛物面圆柱镜(楔型) "C.7;Rvkp> )nHE$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^GhZ
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']NHh 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
HDF"]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))。 Ovvny$ 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
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7}Bj|]b)~ file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd [%)@|^hw91 bxAsV/j 结果:评估光束参数 )ZHc$+fU um;:fT+ "H>.':c"+3 从生成的整形光束场分布,可以评估光束参数。 可以直接通过使用探测器界面实现。 R
N@^j 在这个例子中,我们对光束半径,发散角和M²值感兴趣。 N~;*bvW{
\e<mSR <EtUnj:qK8 整形光束在x和y方向上显示了一个几乎相同的半径。 发散角大约是4urad。 SD?BM-&~ M²值明显高于1。(与理想高斯光束相比,高M²值是由光束偏离引起的) ]/Vh{d|I& 4E2yH6l file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd lR:?uZ$ {>@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 .U9R># 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
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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, 3M{_ 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 !_~Uv xM+ 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$<D9fs3 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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