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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) NX4}o&mDwn 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 [sH[bmLR [XP3 H&zhYKw
简述案例 3Q"4-pd obhq2sK 系统详情 j(maj 光源 /R44x\nhr - 强象散VIS激光二极管 ;l6tZ]-" 元件 a7UfRG - 光束准直和整形的反射元件(例如圆柱抛物面镜) v
J.sa&\H - 具有高斯振幅调制的光阑 l+1GA0'JP 探测器 N/fH% AtM - 光线可视化(3D显示) Z*(lg$A9M - 波前差探测 &D 4Ci_6k - 场分布和相位计算 &Kgl\;} - 光束参数(M2值,发散角) *T'>-nm]
模拟/设计 L'Fy\K\ - 光线追迹(Ray Tracing:):基本系统预览和波前差计算 !xxu~j^T - 几何场追迹+和经典场追迹(Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing): 13nXvYo' 分析和优化整形光束质量 W!BIz&SY:- 元件方向的蒙特卡洛公差分析 ndIU0kq3 X%b.]A 系统说明 e-#!3j!' icPg<>TQ
e.|_=Gd2/ 模拟和设计结果 N yK7TKui q0hg0DC[;
Lh5d2}tcO 场(强度)分布 优化后 数值探测器结果 2 nRL;[L*. z@0*QZ.y1
Ysk,9MR(F
R)w|bpW WurpHOJt+ 总结 93npzpge a9GLFA8Vq 实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 bNG;`VZ% 1.模拟 a!>yX
ex 使用光线追迹验证反射光束整形装置。 [J|)DUjt 2.评估 f:h.O# d> 应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 ui: 3.优化 dik+BBu5z 利用一个具有高斯形状孔径函数的光阑和经典场追迹引擎来优化M2参数。 ='0f#>0Q 4.分析 ji[O? 通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 ,rp-`E5ap eswsxJ/! 对于复杂的光束整形装置,特别是离轴系统,可以使用VirtualLab来进行高效的模拟和分析。模拟过程中,根据情况应用不同的模拟引擎。 0NB6S&lI^k 'V5^D<1P 详述案例 KGclo-, l*|^mx^Q 系统参数 b&;1b<BwD F-)lRGw 案例的内容和目标 ?5#Ng,8iT iTt"Ik' 在BDS.0001,BDS.0002,BDS.0003和BDS.0004案例中,研究了折射光束传输系统。 >a;^=5E -T4{PM
AT:T%a:G? 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 DG x9 \8^ 之后,研究并优化整形光束的质量。 Ok+zUA[Wu 另外,探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 rdsm
/^,s ,R1`/aRy 模拟任务:反射光束整形设置 bc"E=z 引入的反射光束整形装置是基于一个反射镜系统,此系统由两个抛物面圆柱反射镜镜与抛物面截面反射镜组成。焦点距离和镜子的位置取决于输入光束的发散角。 }*~EA=YN; U-ILzK
FKd5]am \guZc}V]:\
Rla4XN=mf HM])m>KeT 规格:像散激光光束 *Rv eR?kO "msCiqF{z 由激光二极管发出的强像散高斯光束 sD$
\!7:b 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 :5G3uN+\ FX"%
Z1FO.[FV fv!l {
\`#;J?Y|`F [IVT0
i 规格:柱形抛物面反射镜 ObIi$uJX U&PAs
e 有抛物面曲率的圆柱镜 n*^g^gp 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 K,[g<7X5 曲率半径等于焦距的两倍 Bo?uwi ^CTgo,uf6H #D3e\( 规格:离轴抛物面圆柱镜(楔型) QeA)@x.p @5H1Ni5/o@ 对称抛物面镜区域用于光束的准直 Wxg,y{(` 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜(楔型) z 12[vN 离轴角决定了截切区域 BbZ-dXC< =y8HOT}8 规格:参数概述(12° x 46°光束) GBvB0kC) c -vI?b#
!arcQ:T@G %*<k5#Yq 光束整形装置的光路图 J={$q1@lq S(5.y%"<
__c:$7B/4U 由于VirtualLab的相对坐标系统,则仅需设置z方向的距离。 t'4hWNR'
因为离轴抛物面镜的位置是相对于它的焦点,那么到反射镜2的距离z必须是负的。 !&TbE@Xk &-+qB
>SK> 反射光束整形系统的3D视图 N10'./c K A6}M F
C81+nR T1;yw1/m5\ 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 ;C-5R U
V 绿线表示生成的光轴,由VirtualLab的基础定位方法生成(仅仅设置了距离z和倾角)。 3=)/-l ?]f+)tCMs 详述案例 -B$oq8)n* 'g#Ml`cm 模拟和结果 TQ" [2cY JiP]FJ; 结果:3D系统光线扫描分析 F&;g<
SD 首先,应用光线追迹研究光通过光学系统。 F {]: 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 ppVjFCv0< a2UER1Yp" file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd .txgb 7*OO k"9 使用参数耦合来设置系统 *D F5sY @.T' 自由参数: WE4:Jy 反射镜1后y方向的光束半径 M{zzXE[@ 反射镜2后的光束半径 0F`@/C1y55 视场角,这决定了离轴取向(这些值保存为全局变量) mT5d[lz 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。 Vlce^\s; 对于此计算,应用了嵌入的参数耦合功能。 J'Yj_ TxwZA
5wRDH1z@{ wsP3hE' ]
#@Zz
Bf uwQ{y>SG 自由参数: tHXt*tzq 反射镜1后y方向的光束半径 X6!u(plVQ 反射镜2后的光束半径 M\,0<{ 视场角,这决定了离轴取向(这些值保存为全局变量) B c*Rn3i@ 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。 =]\,I' ;:cU /{W 如果这个例子评估20个参数,那么返回到光路图(LPD)。 d4[M{LSl 3w
?)H iYHD:cg)~ 结果:使用GFT+进行光束整形 %H~q3|z [xk1}D
C#p$YQf }Nl-3I.S^ 现在,利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 c%Yvj =iRc& 由于离轴设置,光线分布显示出轻微的不对称形状。 o9# `HgT5} 不过,场分布几乎是对称的(最好是使用伪色(false colors))。 odny{ePAf Z5[ t/ 产生的相位是完全平坦的,产生的波前误差: B~lrd#qC xRP#}i:m
f<uLbJ6 K`j#'`/KC file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd XkCbdb
qeBfE 结果:评估光束参数 eq"a)QB3m mNKe,H0 从生成的整形光束场分布,可以评估光束参数。 可以直接通过使用探测器界面实现。 \UGs_5OT 在这个例子中,我们对光束半径,发散角和M2值感兴趣。 %xyt4}-)m
G|'DAj% '- 4);:(^ 整形光束在x和y方向上显示了一个几乎相同的半径。 发散角大约是4urad。 TPq5"mco M2值明显高于1。(与理想高斯光束相比,高M2值是由光束偏离引起的) I&YYw8& Up*p*(d3 file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd I^[R]Js TWQf2 光束质量优化 6BFtY+.y ]b.@i&M 通常,使用合适的高斯调制光阑以用于优化M2值。 因此,我们使用测量的半径作为腰束半径(消除发散角)来生成一个高斯光束。 C"<l} 之后,将接收场转换成一个透射函数。 将该传输函数用作光阑(在一个透射函数元件中)。 SBAq,F' ,@khV 结果:光束质量优化 zr\I1v]?1# 6*S|$lo9B 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。 VDx=Tsu- dU3UCD+2y
R6h(mPYA Ol~sCr 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。) T#|Qexz6 @ |UZ#2
]V<[W,*(5 file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd ?<#6= <o3e0JCq 反射镜方向的蒙特卡洛公差 ]N:SB 8 %Lq~lk 对于公差,在随机模式下我们使用参数运行特性。 *["9;_KD 4G;+ETp 这意味着参数变化是的正态 245(ajxHC ,`^B!U3m
u!k\W{ bguhx3s 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。 d~D<;7M
XJ 这意味着,波前对对齐误差很敏感。 tU}CRh q<@f3[A
14]!LgH \%KJ+PJ file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run &[3 xpi{v R KFz6t 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) {e/12q q+19EJ(
%q;3bfq@N 1C{n!l 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}SRr,4v ]\v'1m" 总结 6ALf`: up=4B 实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 ZC_b`q< 1.模拟 =V5<>5"M? 通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 );kO27dg 2.研究 sw[1T_S> 为了计算场分布和评价光束参数,应用几何场追迹+(GFT+)引擎。 )r~$N0\D 3.优化 >5%
o9$|z 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。 eZ[CqUJ& | |