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光束传输系统（BDS.0005 v1.0） tRrY)eElS  
6O|\4c;  
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 %n`iA7j$W  
sR0e&Y  
]&tr\-3  
NtP.)  
简述案例 3lrZ-k+S{  
k;Ny%%5  
系统详情 3~1lVU:  
 光源 x2IU PM  
- 强象散VIS激光二极管 Ok{:QA~#  
 元件 2 DNzC7}e  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） @xM!:  
- 具有高斯振幅调制的光阑 JgjL$n;F  
 探测器 :\= NH0M  
- 光线可视化（3D显示） sZP3xh[B  
- 波前差探测 A **
M"T  
- 场分布和相位计算 =K<I)2   
- 光束参数（M2值，发散角） t-gNG!B  
 模拟/设计 ^1& LHrT  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 p(&o'{fb  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： 1NHoIX  
 分析和优化整形光束质量 H2R^t{w  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 VNEZBy"F  
aKFA&Xnsl  
系统说明 |>fS"u  
3Os3=Ix  
t>|N4o
 
模拟和设计结果 vz_g2.7l\  
YKxA2`3v%  
数值探测器结果 E#F9<=mA)  
>]08".ajS  
la{:RlW  
-3%)nV  
F^
bQ-  
总结
G#n)|p  
9^*YYK}%  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 d"`
>&8*  
1.模拟 ~5dq5_  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 }eRG$)'  
2.评估 eeTaF!W  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 
fB"gM2'  
3.优化 Zgf||,  
利用一个具有高斯形状孔径函数的光阑和经典场追迹引擎来优化M2参数。 8PVs!?Nne  
4.分析 F,2#;t4  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 ?-&D'  
yzzre>F  
对于复杂的光束整形装置，特别是离轴系统，可以使用VirtualLab来进行高效的模拟和分析。模拟过程中，根据情况应用不同的模拟引擎。 |a:Vp
M  
W]MJ!4  
详述案例 q@Yt`$VTN  
}u
j'BO2?  
系统参数 QN8Hz/}\  
naCI55Wx  
案例的内容和目标 G9":z|  
s31_3?Vdf,  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 hg/&[/eodm  
9NXiCP9A  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 l'8TA~  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 Sq]1SW3  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 &{{f|o=u.  
;pK"N:|  
模拟任务：反射光束整形设置 CKw)J}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。 _rh.z_a7w  
2l4i-;  
^`5Yxpz  
=C2C~Xd  
R*#Q=_  
7%}}m&A7h  
规格：像散激光光束 \-id[zKb  
)cBV; E<  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 9f[[%80  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 R@aT=\u+  
Zpd>' ${4  
^K[tO54  
>{=RQgGy  
rmoEc]kt]  
)yAPYC
 
规格：柱形抛物面反射镜 <4bo7XH  
                         Ci:QIsu*  
 有抛物面曲率的圆柱镜 .HJHJ.Js8X  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 aJ@qB9(ZBe  
 曲率半径等于焦距的两倍 ~[,TLg 6  
FeRuZww._J  
pD/S\E0@t  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） f|E'eFrFk  
v>PHn69PU  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 IsL/p3|  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） x"T^>Q  
 离轴角决定了截切区域 }TLC b/+  
e@VRdhb  
规格：参数概述（12° x 46°光束） !+l, m8Hly  
g5\B-3{  
   !A0bbJ  
Ww4G  
光束整形装置的光路图 @SB+u+mOS  
DZZt%n8J  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 i*>yUav"  
 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。 _xs
Ycw~)  
:]jtV~E\  
反射光束整形系统的3D视图  {`  
t9{EO#o'k  
$^>vJk<  
g/gLG:C  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 ^Y |s^N  
 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）。 Rw%KEUDm  
{`55nwd  
详述案例 ;
hDr+&J|  
tBQ> p.  
模拟和结果 \)WjkhG<w#  
Lo4t:H&  
结果：3D系统光线扫描分析 e)7r  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 _=#mmZkq  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 N"y4#W(Z@  
+(0eOO'\M  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd w ?aLWySYT  
ny}ut
O  
使用参数耦合来设置系统 ".IhV<R  
@RW%EXKt  
6 H.Da]hk  
自由参数：  v<W++X7z  
 反射镜1后y方向的光束半径 `Fr$q1qae{  
 反射镜2后的光束半径 Hy'&x?F6  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） "?-s Qn  
 由于功能原理，所有系统参数（距离，焦距，直径）可以由光束参数分析计算。 Tr)[q>  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 0jH2.d=  
Sq%R  
[E1I?hfJ  
s]UeDZ<a  
jL&F7itP  
l"CONzm!  
j/&7L@Y  
自由参数： /FY_LM  
 反射镜1后y方向的光束半径 ML-g"wv  
 反射镜2后的光束半径 }$jIvb,3?  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） (B5G?cB9  
 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。 ;C'*U
i  
AsOI`@FV  
(X/JXu{  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 t|%ul6{gz  
;7}*Xr|  
&/p9+gd  
结果：使用GFT+进行光束整形 l]gfT&  
Tec6] :  
X@rAe37h+  
lKcnM3n  
*Rhd
oD|a  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 %0QYkHdFR`  
h.NA$E?7  
4[D@[kAs  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 Yhfk{CI  
lf 3W:0K  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 $l=m?r=  
K9c:K/H  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： &>SE9w/?o  
BZ.H6r'Q  
MeC@+@C  
<>cajQ@  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd }/|1"D  
<#sK~G  
结果：评估光束参数 I~,*Rgv/Z  
(Q&Z/Fe  
7
0@:!HI]  
 从生成的整形光束场分布，可以评估光束参数。 可以直接通过使用探测器界面实现。 zKo,B/Ke4  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。 P:G^@B3^  
[LE_lATjU  
K7|BXGL8r8  
 整形光束在x和y方向上显示了一个几乎相同的半径。 发散角大约是4urad。 U<$|ET'  
 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） *:iFhKFU  
_ ._'\  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd B4%W,F:@  
~_Aclm?  
光束质量优化 0[^f9NZ>-  
:0/I2:  
L]Uy+[gg  
 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。 &12.
|  
 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）。 0=NB[eG  
YIfbcR5  
结果：光束质量优化 z?7pn}-  
b$hQB090  
@>?&Mw\c  
 由于通过高斯孔径传播，光束显示出理想高斯形状。 因此，M2值在两个方向上几乎都是1。 (c;$^xZK  
>Gkkr{s9  
Re`= B  
ne%ckW?ks  
 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。） ffdyDUzQ  
8D-g%Aj-  
I/c* ?  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd Hly$ Wm  
]O^!P,l)"  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 W<t,Ivg  
(fC [Y  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 :2La,  
f -bVcWI  
P:=3;d{v  
 这意味着参数变化是的正态 I%
|W O*x  

}2}hH0R  
tcfUhSz,I  
|VIBSty2d  
t<rhrW75P  
 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。 -YD6  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 e(cctC|l  
%A04'dj`zQ  
wJi
p{  
{A{=RPL  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run tJc9R2  
-rUn4a  
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） qjuX16o  
9M<{@<]dm  
DJhi>!xJ  
aB.`'d)V  
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。 Ie4}F|#=  
B+ +:7!  
总结 Ao2t=vg  
HKV]Rn  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 u9J;OsnHK  
1.模拟 ;a2TONW   
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 smJ%^'x
 
2.研究 L9(fa+$+#  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 ?Yxk1Y4ig)  
3.优化 -W2 !_  
通过使用显示出高斯整形孔径函数和经典场追迹引擎来优化M2参数。 r\Zz=~![<  
4.分析 >J+hu;I5  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 pno]Bld'z  
可以使用VirtualLab Fusion非常有效地模拟和分析复杂的光束整形装置，尤其是离轴系统。为此，根据情况应用不同的模拟引擎。 5P [b/.n  
%R(1^lFI$  
参考文献 }sZme3*J[  
[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). __OD^?qa  
7*`cWT_X  
进一步阅读 wpO-cJ!,  
vzG(u_,9[  
进一步阅读 qdWsP9}q  
 获得入门视频 ;vnG  
- 介绍光路图 x xWnB  
- 介绍参数运行 #}3$n/  
 关于案例的文档 zQ&`|kS  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens s0WI93+z  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens @#xh)"}  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing w|7<y8#qC  
- BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair rfku]A$  
[kaj8  
9v=5x[fE  
QQ：2987619807