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光束传输系统（BDS.0005 v1.0）  ,xhB  
$$GmundqB  
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 vwc)d{ND  
_7k6hVQ  
I7Uj<a=(q  
@/DHfs4O  
简述案例 })Pq!u:3  

Da@H^  
系统详情 S1`;2mAf*  
 光源 A/xo'G  
- 强象散VIS激光二极管 l&2}/A  
 元件 VQMPs{tm  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） v[}g+3a  
- 具有高斯振幅调制的光阑 i^O(JC  
 探测器 (mvzGXNz4  
- 光线可视化（3D显示） l+V#`S*q  
- 波前差探测 `g~T #U\>d  
- 场分布和相位计算 DjK  
- 光束参数（M2值，发散角） 5Vj t!%?r  
 模拟/设计 kZfUwF:yN  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 }2X"  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： +hW^wqk/.  
 分析和优化整形光束质量 U`-]U2"  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 FK:Tni  
!K0:0:  
系统说明 9pPohR*#V  
8}A+{xVp8  
`'gadCTb=  
模拟和设计结果 *fIb|r  
BB)(#yoi  
数值探测器结果 XXe?@w2{  
I8%2tLVY  
fzhCV  
qa!3lb_'M  
"j<l=l!  
总结 lZI?k=rWv  
QsN%a>t  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 yM}Wg~:D:  
1.模拟 B7R*g,(  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 }qk8^W{  
2.评估 2X@|H  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 e2@{Ab  
3.优化 }r)T75_1  
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,yS7l  
4.分析 Te:
4z@?  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 GCEcg&s=\S  
^kElb;d  
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。 vp#AD9h1  
(oKrIm  
详述案例 MeSF,*lP  
z
t23on2  
系统参数 yN4K^#  
/@!%/Kl  
案例的内容和目标 /Mg$t6vM  
(/oHj^>3N`  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 2^*a$OJ  
D^Cpgha  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 K:osfd  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 Xc!0'P0T  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 aJmSagr69C  
$XOs(>~"r  
模拟任务：反射光束整形设置 !i`HjV0wS  
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。 \*(A1Vk  
1_aUU,|.  
$}*bZ~  
?)#qBE ]  
)nI}KQJ<  
!T<4em8  
规格：像散激光光束 E5H0Yo.Wi  
X/8CvY#n  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 )fRZ}7k:  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 +Ui @3Q  
v*&WxP^Gm  
^)|!nd  
ev$\Ns^g$3  
4~bbng  
AD** 4E  
规格：柱形抛物面反射镜 L93PDp4v  
                         C}= *%S  
 有抛物面曲率的圆柱镜 d5hYOhO[  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 \m\E*c ):  
 曲率半径等于焦距的两倍 m7|}PH"7  
N3Yf3rK  
dE`a1H%  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） lHTW e'  
=FB[<%  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 e)#O-y  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） .
/
iC  
 离轴角决定了截切区域 ~g6`Cp`  
H;eGB
Vi  
规格：参数概述（12° x 46°光束） O/|,rAE  
sghQ!ux  
   re$xeq\1P?  
'#;%=+=;  
光束整形装置的光路图 hI^Hqv  
S-4C>gM  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 FS(bEAk}  
 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。  wh
A  
-F-RWs{yS  
反射光束整形系统的3D视图 e\[z Q 2Z3  
<fZ
?F=  
swfcA\7R  
e Qz_,vTk  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 P_[A  
 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）。 U@6bH@v5  
g?}$"=B   
详述案例 +p:?blG  
kwcH$w<I  
模拟和结果 z`?{5v -Qs  
Gl4(-e'b  
结果：3D系统光线扫描分析 n{b(~eL?  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 5 aT>8@$Z^  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 }Sxuc/%:  
:cvZk|b%  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd Ez= Q{g  
iPD5 KsAOA  
使用参数耦合来设置系统 9L"Z ~CUL  
T~238C{vh  
"M GX(SQ  
自由参数： )t$<FP  
 反射镜1后y方向的光束半径 :3uCW1  
 反射镜2后的光束半径 d-W@/J  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） >I~$h,  
 由于功能原理，所有系统参数（距离，焦距，直径）可以由光束参数分析计算。 tU5Z?QS  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 'T '&OA  
aZk/\&=6  
ae&i]K;  
Y`O"+Jr  
3!&PI  
wc&`/'
<p  
d>RoH]K4  
自由参数： ="k9 y  
 反射镜1后y方向的光束半径 (O$PJLI  
 反射镜2后的光束半径 P ,%IZ.  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） @y|ZXPC#  
 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。  ]\qbe  
g}cb>'=={  
JTw< 4]  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 !mM`+XH  
8RA]h?$$J  
vxey$Ir  
结果：使用GFT+进行光束整形 MHuQGc"e+4  
a5)<roWQ  
B8f BX!u/  
d(=*@epjR  
17\5NgB  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 ut<0-  
JQo"<<[  
E8Rk b}  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 GG9
YAu  
$$,/F  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 G$eA(GE  
hS( )OY  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： "vH>xBR[%  
EAdr}io  
zZhAH('fG  
_3;vir%)  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd )jS9p~FS  
LU=<?"N6  
结果：评估光束参数 aJ4y%Gy?  
XBmAD!  
2;v1YKY  
 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。 ;Nd,K C0k  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。 <kmH^viX  
T3JM8  
3eg)O34  
 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。 dR^7d _!  
 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） 37F&s  
4YT d  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd !"G|y4O  
5>S<9A|Q  
光束质量优化 !U6 x_  
8iB}gHe9  
$*KM%M6  
 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。 "1-gMob  
 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）。 [?=Vqd  
zL%ruWNG  
结果：光束质量优化 HW
@r1[Y  
ik;S!S\
v  
BDO]-y  
 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。 vg.K-"yQW  
mBQp#-1\  
;%wY fq~P  
< s>y{e  
 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。） v J_1VW  
B5p
WSS
 
M%vZcP  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd
>l$qE  
U#X6KRZ~g  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 ,drcJ  
GY~Q) Z  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 BM }{};p6  
4e0/Q!o,  

g.V{CJ*V  
 这意味着参数变化是的正态 2JMMNpya  
fbjT"jSzw  
d4r@Gx%BE  
Za>0&Fnf  
,P T5-9 m  
 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。 u> @Yoyc  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 ^&Re-{ES]  
<*vWcCS1  
g?mfpw
Zj  
d.)%C]W{  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run ij|+MX  
G'dN_6ho3  
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） s^QXCmb$8  
s4&JBm(33N  
1pDL()t  
v=Y) A?  
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。 F s{}bQyQ  
&l<~Xd#  
总结 d*===~  
]i@
WZ(
 
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 `:4bg1u  
1.模拟 B.T|e,g26  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 gWK NC  
2.研究 ~R$Ko(
N  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 ^]_5oFRIj  
3.优化 zg[.Pws:E  
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。 ]rY3bG'&  
4.分析 g(b:^_Nep  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 SR<*y

O  
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。 `+c8
;p'q  
Ed^F_Gg#  
参考文献 -IP
3I  
[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). /BaXWrd+  
x392uS$#  
进一步阅读 \qA^3L~;5  
_]/&NSk  
进一步阅读 \U
\k$ (  
 获得入门视频 q]}1/JZS  
- 介绍光路图 Qt VZ)777
 
- 介绍参数运行 W4ygJL7 6  
 关于案例的文档 ;'fn{j6C  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens % njcWVP;  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens F VVpyB|  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing '-?t^@  
- BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair ]ICBNJ  
Kd%>:E*  
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QQ：2987619807