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2024-11-12 07:57 |
反射光束整形系统
光束传输系统(BDS.0005 v1.0) {xW?v; Ha@'%<gFe 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 tU>wRw=d %UI.E=`n ZvpcjP V'#dY~E-P 简述案例 :`2<SF^0O ';hU&D;s 系统详情 $]%;u: Sa 光源 HlqCL1\< - 强象散VIS激光二极管 #25Z,UU 元件 Al09R,I; - 光束准直和整形的反射元件(例如圆柱抛物面镜) ;3U-ghj - 具有高斯振幅调制的光阑 Sav]Kxq{ 探测器 Ds9pXgU(Z - 光线可视化(3D显示) &8_]omuNV - 波前差探测 oN)l/"%C7/ - 场分布和相位计算 YFv/t=` - 光束参数(M2值,发散角) jA$g0> 模拟/设计 9 JBPE - 光线追迹(Ray Tracing:):基本系统预览和波前差计算 +wXrQV
- 几何场追迹+和经典场追迹(Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing): F^7qLvh 分析和优化整形光束质量 o%i^t4J$e 元件方向的蒙特卡洛公差分析 ah1d0eP %%`Nq&' 系统说明 k*(c8/<.d )XmV3.rI
AqB5B5} 模拟和设计结果 4*}[h9J}\ uMh[Ht^.
:6S!1roi 场(强度)分布 优化后 数值探测器结果 !Y>lAx d +>/ariRr
.+MJ' bW
8W#/=Xh? N:GS fM@g 总结 F B9PIsFS j5,1`7\7B 实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 4sasf94 1.模拟 &)JQ6J_|\ 使用光线追迹验证反射光束整形装置。 /:3:Ky3 2.评估 Nz_c]3_j 应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 ^hzlR[ 3.优化 FRd!UqMXY 利用一个具有高斯形状孔径函数的光阑和经典场追迹引擎来优化M2参数。 T6h-E^Z 4.分析 '9c`[^ 通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 NUbw]Y90~ 11[[H kX@ 对于复杂的光束整形装置,特别是离轴系统,可以使用VirtualLab来进行高效的模拟和分析。模拟过程中,根据情况应用不同的模拟引擎。 3XF.$=@ ,A`d!{]5 详述案例 JQ=i{ 9iJ g@wF2= 系统参数 T]Z|Wq`bot gF-<%<RV 案例的内容和目标 >/mi#Y6 0D/u`- 在BDS.0001,BDS.0002,BDS.0003和BDS.0004案例中,研究了折射光束传输系统。 BZejqDr* Oo|*q+{
~XN--4%Q 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 NAjY,)>'K 之后,研究并优化整形光束的质量。 ^!^6 | [ 另外,探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 ?j;e/r. pd{W(M78g 模拟任务:反射光束整形设置 2_ M+akqy^ 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 ^gtSn^ bP\0S@1YL
aSdh5? *p:`F:
M4
SJnE 5v <>%= 规格:像散激光光束 )]WWx-Uf' U/F<r3.`# 由激光二极管发出的强像散高斯光束 1c_gh12 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 Ri4t/H =sy>_
@Gp=9\L ?3X!
7?Q@Hj(:NT Ot}fGiio 规格:柱形抛物面反射镜 Atl`J.;G JwCv(1$GM 有抛物面曲率的圆柱镜 L1=3_fO 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 z@;]Hy 曲率半径等于焦距的两倍 d]1%/$v^ D`p&`]k3v CvfXm 规格:离轴抛物面圆柱镜(楔型) Rs_0xh ah<1&UG, 对称抛物面镜区域用于光束的准直 rMXIw 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜(楔型) \{r-e 离轴角决定了截切区域 h/~:}Bof 5tPBTS<<"L 规格:参数概述(12° x 46°光束) 3ThBy' 4;"^1 $
:$k':0 n uD4=1g6[s 光束整形装置的光路图 1Vq]4_09g1 VD[x}8ei
@sQ^6FK0G 由于VirtualLab的相对坐标系统,则仅需设置z方向的距离。 1HQh%dZZ 因为离轴抛物面镜的位置是相对于它的焦点,那么到反射镜2的距离z必须是负的。 <;O=h;
~| v{{Cj83S+ 反射光束整形系统的3D视图 &y`
MDyXz n8<o*f&&9>
@X`~r8& AA][}lU:5 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 [MSLVTR 绿线表示生成的光轴,由VirtualLab的基础定位方法生成(仅仅设置了距离z和倾角)。 VBc[(8o *9:oTN 详述案例 dWHl<BUm 6k6M&a 模拟和结果 dw
%aoe FR~YO|4? 结果:3D系统光线扫描分析 5
o:VixZf 首先,应用光线追迹研究光通过光学系统。 u] C/RDTH 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 u@|izRk k=w;jX&;` file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd 1I({2@C }e3M5LI1L 使用参数耦合来设置系统 ~wnTl[: W{E22J} z;1y7W!v 自由参数: p7(Pymkd 反射镜1后y方向的光束半径 Gvo(iOU 反射镜2后的光束半径 .DSn
H6O 视场角,这决定了离轴取向(这些值保存为全局变量) e&[gde( 由于功能原理,所有系统参数(距离,焦距,直径)可以由光束参数分析计算。 >Gbj1>C} 对于此计算,应用了嵌入的参数耦合功能。 shW$V93< ~;St,Fw<<
[?3*/*V 4)D#kP WelB+P2
%M8Egr2|0 gLv|Hu7 自由参数:
;/i"W 反射镜1后y方向的光束半径 Q(SVJ 反射镜2后的光束半径 ?]%JQ]Gf* 视场角,这决定了离轴取向(这些值保存为全局变量) FFXDt"i2 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。 d
q=>-^o _'&N0 1 v +-f
pl& 如果这个例子评估20个参数,那么返回到光路图(LPD)。 eeIh }t>[ iO=xx|d x_1JQDE 结果:使用GFT+进行光束整形 L'{;V\d y e!Bfz>
F\1nc"K/( zx^]3} kTQ:k
}%B 现在,利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 b ABx'E H"(:6
` 3nuf3) 由于离轴设置,光线分布显示出轻微的不对称形状。 M ,V+bt >yvP[$]!6 不过,场分布几乎是对称的(最好是使用伪色(false colors))。 ${'gyD pTq,"}J!+ 产生的相位是完全平坦的,产生的波前误差: Wd4fIegk 7}bjJR "
E#"QaI8` khT&[!J{> file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd Q0~5h?V' .lu:S;JSnS 结果:评估光束参数 /2^cty.BXw m%V+px 5A 1oZ+C# 从生成的整形光束场分布,可以评估光束参数。 可以直接通过使用探测器界面实现。
.fcU&t 在这个例子中,我们对光束半径,发散角和M²值感兴趣。 j`Lf/S!}
O;M_?^'W KsYT3 整形光束在x和y方向上显示了一个几乎相同的半径。 发散角大约是4urad。 l|`FW M²值明显高于1。(与理想高斯光束相比,高M²值是由光束偏离引起的) FtN1ZZ"<* j)\g0u6 file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd ~Wu Elns Qu]0BVIe 光束质量优化 475yX-A Ku LZg b{)('C$ 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。 Ff>Y<7CQ
v 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)。 Gb61X6 etf ft8 结果:光束质量优化 Wq)'0U;{$ IyG5Rj2 o^RdVSkU; 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。 n ! qm YN] w_=
uuj"Er31 Ary$,3X2 然而,光束半径是略有减少。(光束半径显示在最后一张幻灯片是由于其偏离了理想高斯。) :w_F<2d0
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d_J?i]AP|' file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd cNC\w% !|_
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T| 反射镜方向的蒙特卡洛公差 9BI5qHEp ^FgNg'"[3 对于公差,在随机模式下我们使用参数运行特性。 &ukNzV}VW )$q<"t\#P# g|<)J-`Q 这意味着参数变化是的正态 <6/XE@" w GZ(bKyO
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"0* ^ w%S<N NOyLZa' 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。 ?3SlvKI}H` 这意味着,波前对对齐误差很敏感。 +azPpGZ= m?<8 ':
=)M 8>>l OpxVy _5, file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run 2?t(%uf] x|0Q\<mEe 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) 6(9Ta'ywZ 6?*iIA$b
3JW9G04. 8e\a_R*(| 由于波前差和因此校准的偏差更大,M²值明显增加。可以使用高斯孔径来减少。 -Qnnzp$]
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