反射光束整形系统

光束传输系统（BDS.0005 v1.0）

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

简述案例

系统详情

光源

-强象散VIS激光二极管

元件

-光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜）

-具有高斯振幅调制的光阑

探测器

-光线可视化（3D显示）

-波前差探测

-场分布和相位计算

-光束参数（M2值，发散角）

模拟/设计

-光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算

-几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）：

分析和优化整形光束质量

元件方向的蒙特卡洛公差分析

系统说明

模拟和设计结果

场（强度）分布 优化后

数值探测器结果

总结

实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。

1.模拟

使用光线追迹验证反射光束整形装置。

2.评估

应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。

3.优化

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。

4.分析

通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。

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。

详述案例

系统参数

案例的内容和目标

在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。

目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。

之后，研究并优化整形光束的质量。

另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。

模拟任务：反射光束整形设置

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。

规格：像散激光光束

由激光二极管发出的强像散高斯光束

忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动

规格：柱形抛物面反射镜

有抛物面曲率的圆柱镜

应用用锥形常数.-1来实现锥形界面

曲率半径等于焦距的两倍

规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型）

对称抛物面镜区域用于光束的准直

从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型）

离轴角决定了截切区域

规格：参数概述（12° x 46°光束）

光束整形装置的光路图

由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。

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。

**反射光束整形系统的3D视图

**

光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。

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）。

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模拟和结果

结果：3D系统光线扫描分析

首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。

使用光线追迹系统分析仪进行分析。

file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd

使用参数耦合来设置系统

自由参数：

反射镜1后y方向的光束半径

反射镜2后的光束半径

视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量）

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。

对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。

自由参数：

反射镜1后y方向的光束半径

反射镜2后的光束半径

视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量）

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。