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光束传输系统（BDS.0005 v1.0） Onj)AJ9M0r  

V{yk  
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 <)ltvo(  
RoeLf Ow  
"?#O*x  
1QJB4|5R#  
简述案例 U# 7K^(E9  
X6k-a;  
系统详情 ;J&9l >  
 光源 Nvj0MD{ X  
- 强象散VIS激光二极管 l fJ lXD  
 元件 U((mOm6  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） mr\C  
- 具有高斯振幅调制的光阑 mv\S1[<T  
 探测器 ^.~m4t`U  
- 光线可视化（3D显示） T@x_}a:g  
- 波前差探测 NG?-dkD  
- 场分布和相位计算 J!@`tR-  
- 光束参数（M2值，发散角） 4oA9|}<FR  
 模拟/设计 Lm"zW>v  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 ry!0~ir  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： >^ijj`{d  
 分析和优化整形光束质量 QTT2P(Pz  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 y(h"0A1lW  
bA8RoC  
系统说明 xI(Y}>  
@'fWS^ ;&  
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模拟和设计结果 ]B>g~t5J  
pCt0[R;?  
数值探测器结果 `;\~$^sj}  
O(CmdSk,  
~;P>}|6Y  
.U9A\$  
XVWVY}  
总结 k$v8cE  
\YrvH  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 mdy+ >e<  
1.模拟 4VrL@c @  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 3?:?dy(3z  
2.评估 :]+p#l  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 OXIy0].b  
3.优化 MMS#Ci=Lj  
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。 Egr'IbB  
4.分析 yi@mf$A|  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 AAPfU_: ^  
1./iF>*A  
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。 nMU[S+  
y~/i{a;1y  
详述案例 sm96Ye{O{  
0|D l/
1  
系统参数  3JcI}w  
/o]j  
案例的内容和目标 m.DC  
L$4nbOu\~  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 ;/|3U7{c  
IM9P5?kJ ?  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 V07? sc<  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 kV:C=MLI  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 Dh~Z8!*  
/woC{J)4p  
模拟任务：反射光束整形设置 DY6ra% T  
引入的反射光束整形装置是基于一个反射镜系统，此系统由两个抛物面圆柱反射镜镜与抛物面截面反射镜组成。焦点距离和镜子的位置取决于输入光束的发散角。 rtY4B~_  
o dTg.m  
 &j_:VP  
rN5;W  
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Ca
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nps"nggk  
规格：像散激光光束 tF=Y3W+L  
%eDJ]\*^X  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 1?N$I}?  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 bJ6@ B<  
D>).^>|q  
?)V}_%fVv  
r(ufyC&  
_E<  
4C[n@p2  
规格：柱形抛物面反射镜 <rAk"R^  
                         Q]NGd 0J  
 有抛物面曲率的圆柱镜 [5O`  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 ajMI7j^G  
 曲率半径等于焦距的两倍 cAAyyc"yJ  
y.m;4((  
x.-d>8-!]c  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） 2W]y9)<c  
LJII7<k  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 gdVajOAu  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） TDnbX_xC<  
 离轴角决定了截切区域 vhaUV#V"  
$bi@,&t;  
规格：参数概述（12° x 46°光束） a{%]X(';  
rGxX]  
   b/dyH  
^vH3 -A;*  
光束整形装置的光路图 ,H+LE$=  
'#faNVPABh  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 \r+8}8  
 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。 7TN94@kCF  
SXI3y  
反射光束整形系统的3D视图 Ap[}[:U  
Jxy94y*  
;r}>1LhN  
A"8"e*  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 OK"B`*  
 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）。 _2C[F~ +l  
@JL+xfz  
详述案例 u/8urxpy  
_hb@O2f  
模拟和结果 {Z=m5Dy}  
_^)<d$R<  
结果：3D系统光线扫描分析 Xu8_
<%  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 @^';[P!  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 HRY?[+  
O7AW9*<  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd s s*% 3<  
g, %xGQ4+  
使用参数耦合来设置系统 VY9|8g/  
}`,}e259  
+s'qcC  
自由参数： tsA+B&R_]  
 反射镜1后y方向的光束半径 4mY(*2:HC  
 反射镜2后的光束半径 -OS&(7  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） 9(/ ;Wutj"  
 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。 S^Z[w|1  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 oe:@7stG  
9O+><x[i  
R""P01IZH  
Hi 1@  
fb8t9sAI  
jB17]OCN  
BWct0=  
自由参数： Q6G-`&5  
 反射镜1后y方向的光束半径 =nYd|Ok  
 反射镜2后的光束半径 rK%A=Q
 
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） aJC,  
 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。 Y70[Nz  
By
rK|lVM0  
b$f@.L  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 hZ0CnY8 '  
to1{7q  
E-\<,=bh  
结果：使用GFT+进行光束整形 5UQz6D
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`;ofQz4  
q}PeXXH  
 GIt~"X  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 N;9m&)@JR'  
`N_elf://n  
1XAXokxj  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 G $TLWfm  
D~~&e<v'1  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 t?:}bw+m  
7|IOn5  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： >xU$)uE&  
@?$x  
;/ iBP2
 
}dl[~iKW  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd R&cOhUj22J  
:esHtkyML  
结果：评估光束参数 oh k.;  
IcM99'P(  
|0A"3w  
 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。 v`"z  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。 Q`"gKBN1  
HJVi:;o  
 p&SxR}h  
 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。 W=fw*ro  
 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） |F }y6 gH  
uXX3IE[  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd TBN0uk  
l,n0=Ew  
光束质量优化 42a.@JbLQ  
tiZ5 :^$b4  
VQ5D?^'0/  
 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。 g\CRx^s  
 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）。 B? $9M9  
[Bn C_^[W  
结果：光束质量优化 iGxlB  
mR
e BS  
M ABrf`<b  
 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。 *=Ko"v }  
+FD"8 ^YC  
5OUGln5
 
:+%"kgJNL  
 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。） <j}n/G]  
S]E1+,-*  
KMO(f!?  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd 3*< O-
Jr  
M#BM
`2!s  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 q\2q3}n  
k[9~Er+  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 ~=$0=)c  
>WfkWUb  
0p"l}Fu@`  
 这意味着参数变化是的正态 : +Na8\d  
.<0|V  
xq`mo  
T r|B:)X  
]ow$VF{y  
 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。 42*y27Dtm  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 BHoy:Tp  
Gk<M@d^hQ  
 !t.  
%49P<vo`?  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run >?-etl  
!i>&z?  
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） }I3 ZNd   
n}KF)W=  
_Xs(3V@'}  
^HJvT)e4  
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。 EL*O
eyU1l  
7ojU]ly  
总结 N_3$B=  
F8u;C:^d  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 ['<Q402:.  
1.模拟 Mnj\t3:  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 6Z09)}tZb  
2.研究 !V<c:6"  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 5k%GjT  
3.优化 ORVFp]gG  
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。 Z7\}x"hk  
4.分析 I},]Y~Y3  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 WJ%4I
aT  
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。 qDG{hvl[1r  
`^:>sU  
参考文献 4b\R@Knu  
[1]M. Serkan, H. Kirkici, and H. Cetinkaya, “Off-axis mirror based optical system design for circularization, collimation, and expansion of elliptical laser beams”, Appl. Optics 46, No. 22, 5489-5499 (2007). }>q%##<n  
%pikt7,Z~  
进一步阅读 QCm93YZs6E  
K1
S:P( S  
进一步阅读 Z2Q'9C},m  
 获得入门视频 h/'b(9fS  
- 介绍光路图 b-)m'B}`  
- 介绍参数运行 j ^Tb=  
 关于案例的文档 y7f,]<%e_  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens kGz0`8URu  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens @fI1|v=eF  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing BM~>=emc  
- BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair a ~  
V-1H(wRu  
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QQ：2987619807