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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) 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 O H2IO
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
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" 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 (OE S~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
^(+q1O' <h9nt4F
,h1\PT9ULY p({@t=L3g 规格:柱形抛物面反射镜 S[$9_J f B6&[_cht 有抛物面曲率的圆柱镜 -7w}+iS 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 u(1m#xr8$ 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 )Vr4 R 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。 $~:ZzZO 绿线表示生成的光轴,由VirtualLab的基础定位方法生成(仅仅设置了距离z和倾角)。 ^pe/~ :a D+0il=5 详述案例 <75x@! LEnv/t6U 模拟和结果 S9l po_!z @6DKw;Q 结果:3D系统光线扫描分析 @qcUxu 4 首先,应用光线追迹研究光通过光学系统。 k~<Ozx^AyY 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 z"7?I$NQ 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$\Z 自由参数: wH=7pS"s 反射镜1后y方向的光束半径 e]!`94f 反射镜2后的光束半径 mg70%=qM0f 视场角,这决定了离轴取向(这些值保存为全局变量) fOSJdX0e|Q 基于光束发散角和直径(x和y方向)焦点,可以计算并设置反射镜的直径和距离z。 L28wT)D- v%`k*n': !F6rcDK I 如果这个例子评估20个参数,那么返回到光路图(LPD)。 &u"mFweS lv.h?"Ml i/8OC 结果:使用GFT+进行光束整形 'dQGb-<_< yoq-H+<
eUa:@cA ~Odclrs uW}M1kq?+l 现在,利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 2"
v{ {Ho _U&< tQxAZ0B^ 由于离轴设置,光线分布显示出轻微的不对称形状。 g(jn
/Cx buKkm$@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[8nGH#m 5D^2
+`$/ file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd QRdtr p*zTuB~e < 结果:评估光束参数 '|tmmoY6a: i-95>ff )h(=X&(d 从生成的整形光束场分布,可以评估光束参数。 可以直接通过使用探测器界面实现。 vl s+E o] 在这个例子中,我们对光束半径,发散角和M²值感兴趣。 qw|B-lT{:
[e|9%[.V *gwo.s 整形光束在x和y方向上显示了一个几乎相同的半径。 发散角大约是4urad。 6: R1jF*eG M²值明显高于1。(与理想高斯光束相比,高M²值是由光束偏离引起的) ]REF1<)4z U;
#v-'Z file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd L`w_Q2{sv !a%_A^t7 光束质量优化 lH,/N4r*& UY\E uA9 @9]TjZd 通常,使用合适的高斯调制光阑以用于优化M²值。 因此,我们使用测量的半径作为腰束半径(消除发散角)来生成一个高斯光束。 (r.y
之后,将接收场转换成一个透射函数。 将该传输函数用作光阑(在一个透射函数元件中)。 +9;6]4 {*F8'6YQ$ 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~
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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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