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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) %Vive2j C  
qjUQ2d  
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 Ds0^/bYp&  
nJ'O(Wh,)  
Q> @0'y=s  
/Pi{Mv eZM  
简述案例
mNcTO0p&  
hQ8/-#LO_  
系统详情 HAN#_B1.  
 光源 mj S)*@F  
- 强象散VIS激光二极管 qBKIl= ne  
 元件 7c4\'dt#  
- 光束准直和整形的反射元件(例如圆柱抛物面镜) Sn" 1XU  
- 具有高斯振幅调制的光阑 "{L%5:H@  
 探测器 d t0?4 d  
- 光线可视化(3D显示) yWt87+%T  
- 波前差探测 s?E7tmaM  
- 场分布和相位计算 [<f\+g2ct  
- 光束参数(M2值,发散角) l_+s$c  
 模拟/设计 ~G5)ya-  
- 光线追迹(Ray Tracing:):基本系统预览和波前差计算 (j}"1  
- 几何场追迹+和经典场追迹(Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing): Tv~<W4  
 分析和优化整形光束质量 LuR.;TiW  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 *9?-JBT&F  
e)7[weGN  
系统说明 R}>Gk  
K^s!0[6  
?sp  
模拟和设计结果 ihf5`mk/$  
3EF|1B/5  
~A [ Ju%R  
场(强度)分布                                   优化后
数值探测器结果 CKNH/[ ZR,  
BNu zlR  
c?>Q!sC  
(#LV*&K%IC  
}c%QF  
总结 i&{8a3B  
MP;7 u%   
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 O<."C=1~E  
1.模拟 lj'c0k8  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 u|O5ZV-cd  
2.评估 i nF&Pv  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 Fu{[5uv  
3.优化 .5KRi6  
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。 'S E%9  
4.分析 Q5{i#F7nJm  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 @j5W4HU  
5pE[}@-c9  
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。 )5Gzk&|  
D3(|bSca  
详述案例 "7Zb)Ocb  
6&$z!60  
系统参数 [1 w  
r3_@ L>;  
案例的内容和目标 }oj$w?Ex  
}4 P@`>e/`  
在BDS.0001,BDS.0002,BDS.0003和BDS.0004案例中,研究了折射光束传输系统。 tjuW+5O  
P0k|33;7L  
u5$\E]+ _  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 WI](a8bm  
 之后,研究并优化整形光束的质量。 }g5h"N\$o  
 另外,探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 )Xl/|YD  
DJ[U^dWRn  
模拟任务:反射光束整形设置 tJbOn$]2"  
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。 j}#48{  
<P(d%XEl  
b ]1SuL  
@C~TD)K  
| z$ba:u5  
k "'q   
规格:像散激光光束 !+JSguy  
#O\4XZ,Lv  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 -`&4>\o2Lx  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 @X\Sh>H  
4US8B=jk  
5i83(>p3]e  
Q?I)1][ !"  
DUM,dFIlvF  
}\OLBg/  
规格:柱形抛物面反射镜
{~[H"h537t  
                         O]4!U#A  
 有抛物面曲率的圆柱镜 ;)u}`4~L  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 Bwn9ZYu#r  
 曲率半径等于焦距的两倍 m:/nw,  
eLL> ThMyW  
%pt ul_(s'  
规格:离轴抛物面圆柱镜(楔型) l/DV ?27  
=_D82`p  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 rcOpOoU|  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜(楔型) I8 8y9sW  
 离轴角决定了截切区域 =}Bq"m  
v>~ottQ|  
  
规格:参数概述(12° x 46°光束) =LZj6'  
`IFt;Ja\6  
   :_p3nb[r  
s~IOc%3  
光束整形装置的光路图 R^f~aLl  
cx1U6A+  
[o*u!2 r  
 由于VirtualLab的相对坐标系统,则仅需设置z方向的距离。 h" P4  
 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。 />FrMz8;(  
Q`,D#V${D  
反射光束整形系统的3D视图 wU2y<?$\8  
7iLm_#M  
DSizr4R  
Zo-E0[9  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 os/~6  
 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)。 `$nMTx]Y  
 aVz<RS  
详述案例 C ])Q#!D|  
9hmCvQgtf  
模拟和结果 ~SUA.YuF  
dV<M$+;s]  
结果:3D系统光线扫描分析 ,B5Ptf#  
 首先,应用光线追迹研究光通过光学系统。 k#c BBrY  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 4CW/  
dt',)i8D  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd H{\tQ->(2  
]i8K )/  
使用参数耦合来设置系统 PxfeU2^{0  
fh b&_T  
{,]BqFXv  
自由参数: l#\z3"b  
 反射镜1后y方向的光束半径 wTf0O@``6H  
 反射镜2后的光束半径 l^u P?l"  
 视场角,这决定了离轴取向(这些值保存为全局变量) wf=#w}f  
 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。 hIXGfvUy  
 对于此计算,应用了嵌入的参数耦合功能。 h:z;b;  
28f-8B  
]vXIj0:  
Ua5m2&U1  
T 2x~fiM  
%,K|v  
`y P-,lA$  
自由参数: /I7sa* i  
 反射镜1后y方向的光束半径 d;m Q=k 1  
 反射镜2后的光束半径 #_2V@F+,  
 视场角,这决定了离轴取向(这些值保存为全局变量) q)G*"  
 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。 Te[[xhTyw  
~H@':Mms.h  
,^26.p$  
 如果这个例子评估20个参数,那么返回到光路图(LPD)。 Ook3B  
!Ya +  
`DG6ollp{  
结果:使用GFT+进行光束整形 D4 {gt\V  
tPO.^  
>h[tHM O  
%b\xRt[0v7  
+A~lPXAXW  
 现在,利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 $#]?\psf  
@T;O^rE~N  
iV'-j,-i  
 由于离轴设置,光线分布显示出轻微的不对称形状。 iBp 71x65  
l>~:lBO  
 不过,场分布几乎是对称的(最好是使用伪色(false colors))。 M\\TQ(B  
9'8OGCN  
 产生的相位是完全平坦的,产生的波前误差: l2VO=RDiW  
+FY-r[_~  
:]y;t/   
h,FP,w;G  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd ^>%=/RX  
"{z9 L+  
结果:评估光束参数 4fzq C)  
nz+o8L,  
U|{WtuR  
 从生成的整形光束场分布,可以评估光束参数。 可以直接通过使用探测器界面实现。 M?[lpH3  
 在这个例子中,我们对光束半径,发散角和M²值感兴趣。 ,yV pB)IQ  
)Bb :tz+  
}^`{YD  
 整形光束在x和y方向上显示了一个几乎相同的半径。 发散角大约是4urad。 ]3d&S5zU  
 M²值明显高于1。(与理想高斯光束相比,高M²值是由光束偏离引起的) M#<x2ojW  
\M>AN Z}  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd m+OR W"o  
_& KaI }O  
光束质量优化 _JR4 PKtx  
,Yi =s;E  
m G?a)P  
 通常,使用合适的高斯调制光阑以用于优化M²值。 因此,我们使用测量的半径作为腰束半径(消除发散角)来生成一个高斯光束。 =;Wkg4\5  
 之后,将接收场转换成一个透射函数。 将该传输函数用作光阑(在一个透射函数元件中)。
ZmmuP/~2K  
HoRLy*nU  
结果:光束质量优化 AQQj]7Y  
y{j>4g$:z  
ZN1QTb  
 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。 ~RvU+D  
UwE^ij  
uUc[s"\  
&RROra  
 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。) ulj`+D?H  
h$ZF[Xbfe  
k;LENB2iv  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd y:2o-SJn  
0 |F (qR  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 K9w24Oka  
R`1$z8$  
 对于公差,在随机模式下我们使用参数运行特性。 $<ZX};/D  
!^8'LMY<I  
\s~ W;m  
 这意味着参数变化是的正态 <7 PtC,74  
29av8eW?3  
0 ?2#SM  
e;!<3b  
>`oO(d}n[0  
 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。 ^eZqsd8a  
这意味着,波前对对齐误差很敏感。 %+pXzw`B  
VJ=!0v  
IloHU6h'  
u[dI81`  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run ZT^PL3j+  
6b]vHT|p  
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) C y& L,  
c!841~p(Q  
_')KDy7  
8=2)I.   
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。 @l;f';+  
=%]dk=n?TN  
总结 }'@*Olj  
[6/ %ynlP  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 =3( ZUV X  
1.模拟 ;c;;cJc!  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 WrG)&&d  
2.研究 Xt7uCs  
为了计算场分布和评价光束参数,应用几何场追迹+(GFT+)引擎。 \7/xb{z|  
3.优化 90ORx\Oeo  
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。 :^ cA\2=  
4.分析 UhEnW8^bz1  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 #MBYa&Tw7  
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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