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光束传输系统（BDS.0005 v1.0） <\S:'g"(  
XB5DPx  
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 FE;x8(;W8  
hFBe,'3M  
e8b:)"R  
YA5g';$H*  
简述案例 Yz93'HDB  
@|T'0_'  
系统详情 ??/ 'kmd  
 光源 v(%*b,^  
- 强象散VIS激光二极管 Jfl!#UAD|n  
 元件 |sZHUf_  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） BfiD9ka-z  
- 具有高斯振幅调制的光阑 '/%H3A#L  
 探测器 z([</D?  
- 光线可视化（3D显示） FXU8[j0P_G  
- 波前差探测 pI<f) r  
- 场分布和相位计算 _h1mF<\ X^  
- 光束参数（M2值，发散角） _u9Jxw?F@Y  
 模拟/设计 is@?VklnB  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 J9S>yLQK  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： 11;zNjD|  
 分析和优化整形光束质量 \z} Ic%Tp  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 {BU
;$  
+x}<IS8  
系统说明 7E!5G2XX~~  

""
~ajy  
Ny)X+2Ae  
模拟和设计结果 Z;)%%V%o  
&PtJ$0%q  
数值探测器结果 R0-j5&^jju  
y1L,0 ]  
ENY+^7  
-d:Jta!}{  
l%i+cOD  
总结  %D "I  
Dv`c<+q(#  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 Wo=jskBrQ  
1.模拟 &b& ,  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 RViuJ;  
2.评估 U:_^#\p  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 0_t!T'jr7  
3.优化 uY'
HT|@:{  
利用一个具有高斯形状孔径函数的光阑和经典场追迹引擎来优化M2参数。 Q&bM\;Ml  
4.分析 D.XvG_  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 @D
o=
k  
\dQNLLg/  
对于复杂的光束整形装置，特别是离轴系统，可以使用VirtualLab来进行高效的模拟和分析。模拟过程中，根据情况应用不同的模拟引擎。 P7/X|M z  
,s;UfF  
详述案例 jrh43 \$*  
`*KHSA  
系统参数 VY\&8n}e(  
8Uxne2e  
案例的内容和目标 =w0R$&b&  
$iz|\m  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 (dSL7nel;L  
*~i ])4  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 #Mw8^FST  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 2jhxQL  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 cYt!n5w~W  
1
&Zj  
模拟任务：反射光束整形设置 I,8Er2;)  
引入的反射光束整形装置是基于一个反射镜系统，此系统由两个抛物面圆柱反射镜镜与抛物面截面反射镜组成。焦点距离和镜子的位置取决于输入光束的发散角。 cExS7~*  
u;c?d!E  
HHsmLo c4  
&:)Wh[  
=rX>.P%Q5  
TRq6NB  
规格：像散激光光束 ZJs$STJ*  
n?Nt6U  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 Q'0d~6n&{  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 ~$?ZK]YOrx  
BThrO d  
@MCg%Afw  
w`zTR0`  
9q[oa5INd  
Dm<A ^
u8  
规格：柱形抛物面反射镜 sLAQE64\"  
                         +; AZ+w]ZF  
 有抛物面曲率的圆柱镜 :20W\P<O!A  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 Jg|XH L)  
 曲率半径等于焦距的两倍 ,01"SWE  
0:Ol7  
)hfpwdQ  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） |# 2.Q:&  
BR yl4  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 `+Q%oj#FF  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） N//KPh  
 离轴角决定了截切区域 t{vJM!kdlQ  
#4 pB

@_  
规格：参数概述（12° x 46°光束） B_m8{44zM  
gSQJJxZ{?  
   W9GVt$T7  
hZ  
光束整形装置的光路图 _zi|  
$ gS>FJ  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 nc|p)  
 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。 0.k7oB;f(@  
]3.;PWa:  
反射光束整形系统的3D视图 '$%l7  
wi6 ~}~%  
iqQD{SRt{  
wcY?rE9  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 ?2Py_gkf  
 绿线表示生成的光轴，由VirtualLab的基础定位方法生成（仅仅设置了距离z和倾角）。 F@B]et7  
P\rg" 3  
详述案例 UrEs4R1#  
k_nql8H  
模拟和结果 RdRp.pb8  
*wB1,U{  
结果：3D系统光线扫描分析 %/#NK1&M  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 _^%,x  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 '@k+
4y9q?  
ZRU{[4  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd VQ9/Gxdeo  
lp%pbx43s  
使用参数耦合来设置系统 C1 GKLl~  
6zuTQ^pz  
H*'IK'O  
自由参数： %2V?,zY@  
 反射镜1后y方向的光束半径 [j/9neaye  
 反射镜2后的光束半径 pJ'"j 6Q  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） 0[?Xxk}s0  
 由于功能原理，所有系统参数（距离，焦距，直径）可以由光束参数分析计算。 fSvM(3Y<Qh  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 dE{dZ#Jfi  
[~c|mOk  
jLHkOk5{:  
}l} Bo.C  
VY=jc~c]v  
|"CZ
T#  
O.M>+~Nw  
自由参数： #( 146  
 反射镜1后y方向的光束半径 3kp+<$  
 反射镜2后的光束半径 U$D65B4
=  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） l L@XM2"  
 基于光束发散角和直径（x和y方向）焦点，可以计算并设置反射镜的直径和距离z。 C7ScS"~  
eiaF
aYe\  
-3Z,EaG^  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 a fW@T2  
['tY4$L(  
uGK.\PB$  
结果：使用GFT+进行光束整形 ?Z[[2\DR  
`%"\@<  
j@3Q;F0ba  
h(u8&MHx  
u.m[u)HQ  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 
^7WN{0  
b&N'C9/8  
9Uekvs=r=M  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 >7T'OC  
k|PN0&J  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 paE[rS\  
Ee%%d  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： U@)eTHv}6  
V1`o%;j  
u?<%q!  
Ed df2;-.  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd &>W$6>@  
ep)n_!$OH"  
结果：评估光束参数 dhf!o0'1M  
x,@B(9No  
U-(01-  
 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。 S3*`jF>q  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。 a;qryUyG  
+RMSA^  
-[9JJ/7y  
 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。 Q}K"24`=  
 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） G3vxjD<DMW  
1N#| }ad  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd *:LK8U  
/1V xc 6  
光束质量优化 ^]0Pfna+N  
o!Ieb  
{14fA)`%  
 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。 p\tm:QWD;  
 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）。 *-=(Q`3  
Y^;ovH~ ve  
结果：光束质量优化 N06OvU2>xU  
S.94edQ  
}mYx_=+VX  
 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。 FQ7T'G![  
SpLzm A  
BB!THj69a6  
z2_*%S@  
 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。） =_ ./~  
HU8900k+  
~Z?TFg  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd Vl/+;6_  
]7F=u!/`<C  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 2~1SQ.Q<RY  
9`A;U|~E@  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 $%CF8\0  
$m%fwB  
,c$_t
+  
 这意味着参数变化是的正态 3G)#5Lf<  
+>Qq(Y  
jrlVvzZ  
rb2S7k0{  
mzaWST]  
 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。 n.`($yR_  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 {W=%U|f  
dGYn4i2k?  
:0j?oY~e  
z0p*Z&  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run hk(ZM#Bh  
+,TRfP Fb  
第一个随机公差的典型强度分布：（相应的均方根波前差：1.08λ，40.4λ，140λ） Qcq`libK  
I {S;L  
fcRxp{*zO  
3LJ+v5T~  
由于波前差和因此校准的偏差更大，M2值明显增加。可以使用高斯孔径来减少。 j^j1  
o/$}  
总结 W#4 7h7M  
H1pO!>M  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 \
X
t7`I<  
1.模拟 @Q ]
=\N:  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 g2LM_1\  
2.研究 BOb">6C  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 B4c]}r+  
3.优化 =w_Ype`  
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。 p*R;hU  
4.分析 lk^Ol&6  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 7u -p%eq2  
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。
0U(@=7V  
^e2VE_8L  
参考文献 o]J{{M'E  
[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). <Dl*l{zba  
V%7WUq  
进一步阅读 Gv!2f  
]^. _z  
进一步阅读 =1FRFZI!j  
 获得入门视频 I+%[d^,  
- 介绍光路图 {NmWQyEv  
- 介绍参数运行 3Gp$a;g  
 关于案例的文档 sQUM~HD\a  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens 4x=v?g&  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens L:KF_W.I+  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing tzWSA-Li  
- BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair APn
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QQ：2987619807