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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) eUB!sR%  
UhS:tT]7  
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 @!! u>1  
K2xHXziQ  
O(8CrKYY  
Um4zI>  
简述案例
eQ#i.%   
IBJNs$  
系统详情 !s1<)%Jt  
 光源 Nr2,m"R{  
- 强象散VIS激光二极管 #.HnO_sK_  
 元件 GEf=A.WAfw  
- 光束准直和整形的反射元件(例如圆柱抛物面镜) !JrKTB%  
- 具有高斯振幅调制的光阑 -WqhOZ  
 探测器 ROQ]sQpk  
- 光线可视化(3D显示) Tf]ou5|  
- 波前差探测 q 9xA.*  
- 场分布和相位计算 [[AO6.Z  
- 光束参数(M2值,发散角) JP6 Noia  
 模拟/设计 bRm;d_9zC  
- 光线追迹(Ray Tracing:):基本系统预览和波前差计算 O]=jI  
- 几何场追迹+和经典场追迹(Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing): ! Ea!"}  
 分析和优化整形光束质量 U-1UWq  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 QA0uT{x90  
7A(4`D J  
系统说明 8o%Vn'^t  
~<VxtcEBz  
]j/= x2p  
模拟和设计结果 E#rQJ  
OH2IO  
zc)nDyn  
场(强度)分布                                   优化后
数值探测器结果 WcKDerc  
#9DJk,SP  
q%kCTw  
@hg[v`~  
z[_Y,I  
总结 MjC<N[WO>N  
k $^/$N  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 yVK ; "  
1.模拟 v {HF}L  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 er3~gm  
2.评估 !vu-`u~86  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 xk>cdgt  
3.优化 B;=Z^$%T  
利用一个具有高斯形状孔径函数的光阑和经典场追迹引擎来优化M2参数。 T=-UcF  
4.分析 I[K4/91  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 _w?!Mu  
w"[T  
对于复杂的光束整形装置,特别是离轴系统,可以使用VirtualLab来进行高效的模拟和分析。模拟过程中,根据情况应用不同的模拟引擎。 Sq,>^|v4&e  
zKJQel5  
详述案例 7M~/ q.  
MFa/%O_*  
系统参数 )Hin{~h  
@u/CNx,`X  
案例的内容和目标 D )`(b  
nm<VcCc  
在BDS.0001,BDS.0002,BDS.0003和BDS.0004案例中,研究了折射光束传输系统。 iLBORT !;  
ER9{D$  
r?[[.zm"7  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 {u y^Bui}  
 之后,研究并优化整形光束的质量。 uQ_C<ii"W  
 另外,探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 dI%jR&.e;  
$-UVN0=  
模拟任务:反射光束整形设置 084Us s  
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。 fNAW4I I}  
cFq<x=S  
F!hjtIkPj  
aG;F=e  
b3>zdS]Q  
l+2NA4s  
规格:像散激光光束 MQw}R7  
|z3!3?%R  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 (OES~G  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 ?+ d{Rh) y  
O6?{@l  
^(+q 1O'  
<h9nt4F  
,h1\PT9ULY  
p({@t=L3g  
规格:柱形抛物面反射镜
S[$9_Jf  
                         B6&[_cht  
 有抛物面曲率的圆柱镜 -7w}+iS  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 u(1m#xr8$  
 曲率半径等于焦距的两倍 Jy}~ZY  
R2~y<^.V`Y  
4t =Kt  
规格:离轴抛物面圆柱镜(楔型) XYP RMa?  
n6Uh%rO7S|  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 3YLfh`6  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜(楔型) &uE )Vr4R  
 离轴角决定了截切区域 Dx /w&v  
4rL`||  
  
规格:参数概述(12° x 46°光束) C TG^lms  
Ww8U{f  
   '+$r7?dKP  
+pT;; 9  
光束整形装置的光路图 5|eX@?QF58  
^,=}'H]  
dL4VcUS.  
 由于VirtualLab的相对坐标系统,则仅需设置z方向的距离。  gh[q*%#  
 因为离轴抛物面镜的位置是相对于它的焦点,那么到反射镜2的距离z必须是负的。 X:`=\D  
X4:84  
反射光束整形系统的3D视图 viU}  
t1iz5%`p}  
GjW(&p$&  
V+1c<LwT  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 $~:ZzZO  
 绿线表示生成的光轴,由VirtualLab的基础定位方法生成(仅仅设置了距离z和倾角)。 ^pe/~ :a  
D +0il=5  
详述案例 <75x@!  
LEnv/t6U  
模拟和结果 S9l po_!z  
@6DKw;Q  
结果:3D系统光线扫描分析 @qcUxu4  
 首先,应用光线追迹研究光通过光学系统。 k~<Ozx^AyY  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 z"7?I$N Q  
AX{<d@z`j  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd Gl{'a1  
V]Ccj\Oi  
使用参数耦合来设置系统 ,ynN801\m  
Yy/,I]F  
_+)OL-  
自由参数: d=+zOF  
 反射镜1后y方向的光束半径 7W},5c  
 反射镜2后的光束半径 6w3[PNd  
 视场角,这决定了离轴取向(这些值保存为全局变量) )N^fSenFBn  
 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。 [8tpU&J  
 对于此计算,应用了嵌入的参数耦合功能。 RjP]8tH&  
&-NGVPk81`  
4?(=?0/[  
|uFb(kL[U  
%<Qv?`B  
gJwX  
{s*1QBM$\Z  
自由参数: w H=7pS"s  
 反射镜1后y方向的光束半径 e]!`94f  
 反射镜2后的光束半径 mg70%=qM0f  
 视场角,这决定了离轴取向(这些值保存为全局变量) fOSJdX0e|Q  
 基于光束发散角和直径(x和y方向)焦点,可以计算并设置反射镜的直径和距离z。 L28wT)D-  
v%`k*n':  
!F6rcDKI  
 如果这个例子评估20个参数,那么返回到光路图(LPD)。 &u"mFweS  
lv.h?"Ml  
i/8OC  
结果:使用GFT+进行光束整形 'dQGb-<_<  
yoq-H+<  
eUa:@cA  
~Odclrs  
uW}M1kq?+l  
 现在,利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 2" v{  
{Ho_U&<  
tQxAZ0B^  
 由于离轴设置,光线分布显示出轻微的不对称形状。 g(jn /Cx  
buKkm$@w  
 不过,场分布几乎是对称的(最好是使用伪色(false colors))。 z:O:g?A  
!L|VmLqa  
 产生的相位是完全平坦的,产生的波前误差: *6_>/!ywI  
ZW;Re5?DJ  
S[8n GH#m  
5D^2 +`$/  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd QRdtr  
p*zTuB~e<  
结果:评估光束参数 '|tmmoY6a:  
i-95>ff  
)h(=X&(d  
 从生成的整形光束场分布,可以评估光束参数。 可以直接通过使用探测器界面实现。 vls+E o]  
 在这个例子中,我们对光束半径,发散角和M²值感兴趣。 qw|B-lT{:  
[e|9%[.V  
*gwo.s  
 整形光束在x和y方向上显示了一个几乎相同的半径。 发散角大约是4urad。 6: R1jF*eG  
 M²值明显高于1。(与理想高斯光束相比,高M²值是由光束偏离引起的) ]REF1<)4z  
U; #v-'Z  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd L`w_Q2{sv  
!a%_A^t7  
光束质量优化 lH,/N4 r*&  
UY\E uA9  
@9]TjZd  
 通常,使用合适的高斯调制光阑以用于优化M²值。 因此,我们使用测量的半径作为腰束半径(消除发散角)来生成一个高斯光束。 (r.y   
 之后,将接收场转换成一个透射函数。 将该传输函数用作光阑(在一个透射函数元件中)。
+9;6]4  
{*F8'6YQ$  
结果:光束质量优化 [].euDrX  
zP!j {y4w  
BQgK<_  
 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。 L1SZutWD?  
V1,4M_Z  
"GxQ9=Z  
tg2+Z\0)4g  
 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。) )4GCL(&  
\gir  
; jJ%<  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd py/#h$eY  
-{*QjP;K  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 P>] *pD  
x)kp*^/  
 对于公差,在随机模式下我们使用参数运行特性。 ~MK%^5y?  
KW36nY\7  
9$R}GK  
 这意味着参数变化是的正态 7*Gg#XQ>(  
T' )l  
V$  MMK  
R36A_  
.Ax]SNZ+:A  
 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。 9iK%@k  
这意味着,波前对对齐误差很敏感。 V9D>Xh!0H  
[@$t35t~  
 OJ# d  
/yO0Z1G  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run l.SoiFDd  
Q,>]f@m  
第一个随机公差的典型强度分布:(相应的均方根波前差:1.08λ,40.4λ,140λ) ~Y7:08  
K3J,f2Cn$  
6oR5q 4  
mx0EEU*  
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。 c38ENf  
\2 `|eo  
总结 E$5A 1  
E*UE?4FSw|  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 /V>yF&p  
1.模拟 =?1B|hdo  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 Cl!qdh6  
2.研究 y?xFF9W@H  
为了计算场分布和评价光束参数,应用几何场追迹+(GFT+)引擎。 843O}v'  
3.优化 5oY^; )\/  
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。 Wtj* Z.=:  
4.分析 qZh}gu*>  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 !='L`.  
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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