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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) IS!]!s'EI LFQPysC 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 n]wZ7z xkz`is77Y@ 8GT{vW9 'KNUPi| 简述案例 s3 gT6 xx%*85 < 系统详情 @,q<][q 光源 C5#$NV99p - 强象散VIS激光二极管 }Ot2; T 元件 rP&.`m88n - 光束准直和整形的反射元件(例如圆柱抛物面镜) }j#c#''i - 具有高斯振幅调制的光阑 7(5 wP( 探测器 [i N}W5
m - 光线可视化(3D显示) t*!Q9GC_ - 波前差探测 9uY$@7qH - 场分布和相位计算 %X Wb|-= - 光束参数(M2值,发散角) J,wpY$93 模拟/设计 sX=_|<[ - 光线追迹(Ray Tracing:):基本系统预览和波前差计算 S
5nri(m - 几何场追迹+和经典场追迹(Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing): /=:X,^"P 分析和优化整形光束质量 :U#4H;kk~j 元件方向的蒙特卡洛公差分析 e%&/K7I "? l'(7p`? 系统说明 sMqAuhw$. e_CgZ
E.rfS$<1 模拟和设计结果 Ha/-v?E SNf*2~uq)
}o#6g|"\sY 场(强度)分布 优化后 数值探测器结果 {= l9{K`~ 'd=B{7k@
C&KH.h/N
e?!A]2 Z&0*\.6S~ 总结 1'[_J Ja#ti y 实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 9mH/xP:y 1.模拟 n8>(m, 使用光线追迹验证反射光束整形装置。 skn];%[v\ 2.评估 5J8U] :Y) 应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 WMd5Y`y 3.优化 N;]"_" 利用一个具有高斯形状孔径函数的光阑和经典场追迹引擎来优化M2参数。 *4F6U 4.分析 iOzY8M+N( 通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 JN-wToOF |\/Y<_)JD 对于复杂的光束整形装置,特别是离轴系统,可以使用VirtualLab来进行高效的模拟和分析。模拟过程中,根据情况应用不同的模拟引擎。 h48
jKL( 'uw=)8t7 详述案例 ?Dk&5d^d 8DP] C9 系统参数 s@ vHU4 oefhJM!y 案例的内容和目标 7nAB^~)6l ril4*$e7^\ 在BDS.0001,BDS.0002,BDS.0003和BDS.0004案例中,研究了折射光束传输系统。 Y-Gqx d@-bt s&3
U#W9]il$ 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 Ks@ 之后,研究并优化整形光束的质量。 ?4,e?S6,[ 另外,探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 48 `k"Uy c31k%/. 模拟任务:反射光束整形设置 z tLP {q# 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。 kG>d^K UfnjhHu
WS?"OTH.^\ fQ[ GN}k
'X$2gD3c9 <Prz>qL$ 规格:像散激光光束 m:,S1V_jl q'%-8t 由激光二极管发出的强像散高斯光束 !!4` #Z0+# 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 b xT| -W5ml
@
4iiW{rh4 QFm~wv8:
#sK:q&/G` L`Lro:E?kL 规格:柱形抛物面反射镜 ,dM}B- O%.c%)4Xo 有抛物面曲率的圆柱镜 CfoT$g 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 Q^qdm5}UkW 曲率半径等于焦距的两倍 YVMwb@| Q$NT>d6Q hqA6%Y^k 规格:离轴抛物面圆柱镜(楔型) K(+ ~#$|-~ O.%'
47A 对称抛物面镜区域用于光束的准直 Jf-4Q! 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜(楔型) mBC?Pg 离轴角决定了截切区域 4#o Lf1 gxS*rzCG 规格:参数概述(12° x 46°光束) -c"nx$ D)ZGTq`(
f?OFMac Yz?4eSa/ 光束整形装置的光路图 kDAPT_Gid _<`j?$P
}6;v`1Hr 由于VirtualLab的相对坐标系统,则仅需设置z方向的距离。 s3sAw~++ 因为离轴抛物面镜的位置是相对于它的焦点,那么到反射镜2的距离z必须是负的。 brk>oM;t ^Gc#D:zU 反射光束整形系统的3D视图 mlsM;Ad2
FvpI\%#~
^a6c/2K p<w2e 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 %QW1?VVP 绿线表示生成的光轴,由VirtualLab的基础定位方法生成(仅仅设置了距离z和倾角)。 DdY89R 6 /T53"+7:0 详述案例 |#p`mc%f~\ gq|T: 模拟和结果 8{@0p"re@ SLyeonM-C 结果:3D系统光线扫描分析 [ &cCE 首先,应用光线追迹研究光通过光学系统。 5.KhI <[ 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 95
7Cr n2NxO0 file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd {s8v0~ <6_RWtU 使用参数耦合来设置系统 %|&Wc pQR 1$&(ei]*: [YbnpI 自由参数: r &<sSE;5 反射镜1后y方向的光束半径 $IZ02ZM$ 反射镜2后的光束半径 K"%_q$[YQ 视场角,这决定了离轴取向(这些值保存为全局变量) B:-qUuS?R 由于功能原理,所有系统参数(距离,焦距,直径)可以由光束参数分析计算。 j06q3N" 对于此计算,应用了嵌入的参数耦合功能。 q2o`.f+I lV4|(NQ9
'jr\F2 hG~TqH^}B sp=;i8Y 3
'&XL|_Iq ]kXiT Yg 自由参数: x4$#x70? 反射镜1后y方向的光束半径 c7~+ 5 反射镜2后的光束半径 >l<`)4*H 视场角,这决定了离轴取向(这些值保存为全局变量) %XX(x'^4 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。 4'Svio {yo<19kV@ Fx6c*KNX3
如果这个例子评估20个参数,那么返回到光路图(LPD)。 S}@J4}*u[" |@6t"P ]@ cPFs K*w 结果:使用GFT+进行光束整形 7Nu.2q E it
Byw1/
P!c.!8C$ 4=BIYC"Lu >(>,*zP<9 现在,利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 fV b~j ; 2P`Z>_ S!'Y:AeD& 由于离轴设置,光线分布显示出轻微的不对称形状。 s7"NK" Pv- i. 不过,场分布几乎是对称的(最好是使用伪色(false colors))。 RM\A$.5 Aoi) 11> 产生的相位是完全平坦的,产生的波前误差: >s5i ,>YW7+kY
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dDs8j XfYMv38( file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd =tk O^ MmI[: 结果:评估光束参数 })?t:zX#* -2o_ L?
U]o 从生成的整形光束场分布,可以评估光束参数。 可以直接通过使用探测器界面实现。 [:CV5k~xc 在这个例子中,我们对光束半径,发散角和M²值感兴趣。 n<GTc{>Z
\
5&-U@ z CS.P.$ 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。 4l2/eh]Hc( 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) `RF0%Vm~t ?M<q95pL file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd >}"9heF &U.U< 光束质量优化 HX)oN8 pXoD*o b sz"N,-<Ig 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。 bR\Oyd~e 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)。 SS)9+0$ eYpK!9 结果:光束质量优化 PLb[U(~ :637MD>5lO 8q}955Nl 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。 (C3:_cM5 mqt$'_M
iImy"$yX{ 6rP?$mn2 然而,光束半径是略有减少。(光束半径显示在最后一张幻灯片是由于其偏离了理想高斯。) D&dh>Pe1; Rj'Tu0l
M ^89]woC file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd GJ9'i-\*\ aVE/qXB 反射镜方向的蒙特卡洛公差 \aY<| 7zK Pg''>6w> 对于公差,在随机模式下我们使用参数运行特性。 [C0"vOTUb k#oe:u`< {%&!x;% 这意味着参数变化是的正态 q*^m8 Ue?mb$ykC.
1(diG& (i1q ".
Q"Pl)Q\ 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。 Qq|c%FZ 这意味着,波前对对齐误差很敏感。 RSTA!?K/. >53Hqzm&
(g*mC7 HN -UBH,U file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run 2{6%+>jB Bo4MoSF} 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) Ai*+LSG G'<Ie@$6l
'}N4SrU$ uBUT84i 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。 j9d^8)O, :#zVF[Y(2 总结 1G}\IK1+ s}93nv*ez 实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 TB%NHq-! 1.模拟 Q>yO,H| 通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 ?X'l&k> 2.研究 kTfE*We9 为了计算场分布和评价光束参数,应用几何场追迹+(GFT+)引擎。 ?Z2_y- 3.优化 ZWb\^N 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。 GTocN1,Z~a 4.分析 g@Z7f y7 通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 E5X#9;U8E" 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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