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2016-11-13 21:47 |
VirtualLab运用:反射光束整形系统
光束传输系统(BDS.0005 v1.0) }UG<_bE| 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 Y`xAJ#=
,i vgr5j !__^M3S,k 简述案例 P rv=f@ }MM:q R 系统详情 4k6: 光源 nyG 5sWMpe - 强象散VIS激光二极管 4@M}5WJ7 元件 obgO-d9l - 光束准直和整形的反射元件(例如圆柱抛物面镜) P>|sCF - 具有高斯振幅调制的光阑 ,^@/I: 探测器 q+XU Cnv - 光线可视化(3D显示) X8XE_VtP - 波前差探测 9a'}j#mJo - 场分布和相位计算 :1#$p - 光束参数(M2值,发散角) fs#9*<]m 模拟/设计 9*CRMkPrd - 光线追迹(Ray Tracing:):基本系统预览和波前差计算 \Fu(IuD - 几何场追迹+和经典场追迹(Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing): Uz`OAb 分析和优化整形光束质量 l!}7GWj 元件方向的蒙特卡洛公差分析 t & 5s. miY=xwK& 系统说明 tA
K=W$r krXU*64 GGGz7_s
? 模拟和设计结果 "
_TAo 2o0WS~}5
9['>$ON 场(强度)分布 优化后 数值探测器结果 S&'-wAEd 2(Nf$?U@0 IXR%IggJA `Z
(` asYUb&Hz88 总结 XBTjb OX.g~M
ig| 实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 gZ { 1.模拟 b.xG' 使用光线追迹验证反射光束整形装置。 {XLRrU!* 2.评估 {=P}c:iW 应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 ,WS{O6O7 3.优化 U
H6
Jvt 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。 qK&h$;~*y 4.分析 YA8ZB&]En/ 通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 4/&.N] *47%|bf` 对于复杂的光束整形装置,特别是离轴系统,可以使用VirtualLab来进行高效的模拟和分析。模拟过程中,根据情况应用不同的模拟引擎。 Mbtk:GuY -qB{TA-.\ 详述案例 F'njtrO3 ^<Sy{KY 系统参数 rmhL|!
Y 8fQXif\z 案例的内容和目标 )oMMDHw\ q&: t$tSS 在BDS.0001,BDS.0002,BDS.0003和BDS.0004案例中,研究了折射光束传输系统。 nD{{/_"' 5Yx
7Q:D
y~rtYI
目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 ^:o^g'Yab 之后,研究并优化整形光束的质量。 PE2O$:b\ 另外,探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 K1-y[pS]E \Jr7Hy1; 模拟任务:反射光束整形设置 >jm^MS= 引入的反射光束整形装置是基于一个反射镜系统,此系统由两个抛物面圆柱反射镜镜与抛物面截面反射镜组成。焦点距离和镜子的位置取决于输入光束的发散角。 ]hY4
MS JE[J}-2 r} a, ;VPYWss 5f_1 dn * l-F 规格:像散激光光束 +HY.m+T Opf^#6'mq 由激光二极管发出的强像散高斯光束 WVh]<?GWXk 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 jN sM&s, IlMst16q5 A{\!nq_~N e `IL7$ lC=T{rR r?=3TAA 规格:柱形抛物面反射镜 =tqChw
AF"XsEt.e 有抛物面曲率的圆柱镜 :&$WWv 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 {tF)%>\# 曲率半径等于焦距的两倍 v'u}%FC \.{ZgL5" )|L#i2?: 规格:离轴抛物面圆柱镜(楔型) *uvE`4V^Jg MF4B 2d 对称抛物面镜区域用于光束的准直 Cg%}= 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜(楔型) 2M?L++i 离轴角决定了截切区域 %CG=mTP `:EU~4s\ 规格:参数概述(12° x 46°光束) p(S {k]ZL@ B7nm7[V 2I1CKA:7g k\lU
Q\/O5 光束整形装置的光路图 \%]!/&>{6 QhmOO-Z?
_Wo(;'. 由于VirtualLab的相对坐标系统,则仅需设置z方向的距离。 <|4L+?_(& 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。 `Bv, :i %51HJB}C] 反射光束整形系统的3D视图 5*r5?ne D>"!7+t|@a MD=!a5' @ R;o $n 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 ]j^rJ|WTH 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)。 SI/p8 ^ Y .\<P*iO 详述案例 Pxe7 \e hZeF? G)L' 模拟和结果 %scQP{%aD <5sP%Fs ) 结果:3D系统光线扫描分析 f&`yiy_ 首先,应用光线追迹研究光通过光学系统。 $O^U" 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 uKd79[1 5:X^Q.f; file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd &3bh K5P ;&]oV`Ib 使用参数耦合来设置系统 *Au[{sR R'p-
4 自由参数: #F6!x3Z 反射镜1后y方向的光束半径 XFWo"%}w 反射镜2后的光束半径 |NXe{q7{ 视场角,这决定了离轴取向(这些值保存为全局变量) Qe1WT T]:I 由于功能原理,所有系统参数(距离,焦距,直径)可以由光束参数分析计算。 I"r[4>>B>0 对于此计算,应用了嵌入的参数耦合功能。 WO"<s{v cg'z:_l 3B[u2o> ,ko0XQBl .vhEm6wJUM 3C(V<R? 自由参数: ETtoY<`# 反射镜1后y方向的光束半径 X16r$~Pb 反射镜2后的光束半径 }R2afTn[; 视场角,这决定了离轴取向(这些值保存为全局变量) q
OX=M 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。 RS
/*Dp^ n%={!WD
如果这个例子评估20个参数,那么返回到光路图(LPD)。 T{mIkp< L|K^w *\C cK~VNzsz 结果:使用GFT+进行光束整形 spv'r!*\ed *K2fp=Ns pl5Q2zq% fd*<m8 现在,利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 W)fh}|.5 l. 0|>gj`0 由于离轴设置,光线分布显示出轻微的不对称形状。 {^*D5 Xo~kB)|, 不过,场分布几乎是对称的(最好是使用伪色(false colors))。
I<LIw8LI `Fs- z 产生的相位是完全平坦的,产生的波前误差: <<[\
Rv Gjo&~*; 8c0ugM -q}I;
cH file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd WiCJhVF3 l6k.`1.In 结果:评估光束参数 &<oDl_^ +IPMI#n 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。 `Uy'YfYF 在这个例子中,我们对光束半径,发散角和M2值感兴趣。 :}p<Hq 8Z i@hW" [A
_V_GdQ 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。 |FxTP&8~ 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) cux<7#6af n`2LGc[rP file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd rWD*DmY@" Y5$VWUrB 光束质量优化 L(w?.)E Onj)AJ9M0r 通常,使用合适的高斯调制光阑以用于优化M2值。 因此,我们使用测量的半径作为腰束半径(消除发散角)来生成一个高斯光束。 FG6mh,C! 之后,将接收场转换成一个透射函数。 将该传输函数用作光阑(在一个透射函数元件中)。 7/GL@H >*S ;z+!& 结果:光束质量优化 w@&(=C 1OW#_4w/ 由于通过高斯孔径传播,光束显示出理想高斯形状。 因此,M2值在两个方向上几乎都是1。 ~k780 MgUjB~)Y e.?;mD M"|({+9eG 然而,光束半径是略有减少。(光束半径显示在最后一张幻灯片是由于其偏离了理想高斯。) Y<9]7R(\; _"c:Z !L +o^sm '$ file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd YB3?Ftgw Nvj0MD{ X 反射镜方向的蒙特卡洛公差 !+Us) 'L m
vLqccL 对于公差,在随机模式下我们使用参数运行特性。 +N:=|u.g wA?q/cw C 这意味着参数变化是的正态 Tg\wBhJr| wzz>N@| ;Br
#e1~ W:* {7qJ 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。 !<W^Fh 这意味着,波前对对齐误差很敏感。 Xgyi}~AoaU o%.0@W
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j_ A~%h*nZc%I file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run APM!xX=N ?Q G?F9? 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) q_[V9 S^*ME*DDz [ %:%C]4 o0\d`0-el 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。 d<+@cf_9 HlC[Nu^6U 总结 (4oO8aBB lz88//@gZ 实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 Ze- MB0w 1.模拟 q"|#KT^) 通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 vD'YLn%Q 2.研究 Gn}^BJN 为了计算场分布和评价光束参数,应用几何场追迹+(GFT+)引擎。 AxZaV;%* 3.优化 odNHyJS0 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。 a0=>@? 4.分析 & | |