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光束传输系统（BDS.0005 v1.0） C8oAl3d+h  
bS2)L4MQY  
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 EPn0ZwnS:M  
`%5~>vPS  
ww^!|VVa  
eGEeWJ}[$  
简述案例 BQ /0z^A  
wq6.:8Or-]  
系统详情 %s(Ri6R&  
 光源 {i!@C(M3  
- 强象散VIS激光二极管 kbR!iPM-;  
 元件 |GqKa  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） VW%eB  
- 具有高斯振幅调制的光阑 RY\[[eG  
 探测器 V39`J*fI  
- 光线可视化（3D显示） 6.0/asN}  
- 波前差探测 nUy2)CL[L  
- 场分布和相位计算 ' Akt5q  
- 光束参数（M2值，发散角） `{ 6K~(  
 模拟/设计 ~V:@4P  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 ^~65M/  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： +kdZfv>  
 分析和优化整形光束质量 Q9C;_Up  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 fMSB  
S@WzvM  
系统说明 YS|Ve*t(L=  
q<2b,w==  
tXu_o6]  
模拟和设计结果 oDvE0"Sz  
9yA? 82)E  
数值探测器结果 +. ` I  
]"DsZI-glW  
!JOM+P:  
12bt\
h9  
EWX!:BKf  
总结 ]>%M%B  
g5,Bj
  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 3ug-cq  
1.模拟 d_r1}+ao  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 <:gNx%R  
2.评估 Kz`g Q|S  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 =yy7P[D  
3.优化 }0(.HMiGj  
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。
h+<F,0  
4.分析 ?--EIA8mfp  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 D$OUy}[2`.  
rcx'`CIJ  
对于复杂的光束整形装置，特别是离轴系统，可以使用VirtualLab来进行高效的模拟和分析。模拟过程中，根据情况应用不同的模拟引擎。 9}_ccq  
tI-u@ g  
详述案例 <8_~60  
4#c-?mh_  
系统参数 g/v"E+  
G$HXc$OY  
案例的内容和目标 VBe.&b8  
d4]9oi{}  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 pMy];9SvW  
QT\=>,Fz _  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 o7A+O%dX  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 7B"*< %<  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 E2Jmo5yJR  
HAtf/E]  
模拟任务：反射光束整形设置 `
ywI+^b  
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。 Qe6'W  
m+7/ebj{A  
]@rt/ eX  

3g
cDc~~=  
0zCmU)ng  
5?{ytNCY  
规格：像散激光光束 6bXP{,}Gp  
bWe_<'N  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 /`b(} m  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 *Mg. *N  
]LE  
`YinhO:Z  
1m5=N
u  
c%bGVRhE  
S#9EBw7  
规格：柱形抛物面反射镜 #XaTUT  
                         MS~|F^g  
 有抛物面曲率的圆柱镜 g=gWkN <  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 X-$\DXRIo  
 曲率半径等于焦距的两倍 e~+VN4D&b>  
'. '}  
tU :,s^E"#  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） NGYUZ\m  
2 u{"R  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 _K#LOSMfj/  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） "B~ow{3  
 离轴角决定了截切区域 PI5a'k0F  
0';U3:=i,  
规格：参数概述（12° x 46°光束） }0 BKKU+  
P`$"B0B)  
   @0mR_\u\  
zv%9?:  
光束整形装置的光路图 Jn/"(mM  
uoIvFcb^  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 -S7y1 )7  
 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。 e_6-+l!f  

mg)ZoC  
反射光束整形系统的3D视图 Xaca=tsO  
D@]*{WO  
,vnHEY&  
_W3>Km-A=/  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 $<~o,e-4  
 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）。 c~0hu*&  
!}TZmwf'  
详述案例 O'OVj  
*_aeK~du.  
模拟和结果 eVVm"96Q.;  
"/O`#Do/  
结果：3D系统光线扫描分析 \"X<\3z2  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 '|9fDzW"]  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 ,xJ1\_GI`  
PS13h_j  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd OjUZ-_J  
n&`=.[+A  
使用参数耦合来设置系统 has \W\(  
SS/9fT"[  
ZE!dg^-L  
自由参数： :+G1=TuXw~  
 反射镜1后y方向的光束半径 :ziV3jRM  
 反射镜2后的光束半径 $Eo)i  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） C|@6rr9TA  
 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。 ZP]l%6\.  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 U1Z.#ETnM  
!@r1B`]j+"  
t81}jD  
R43yr+p  
h{R>L s  
/hojm6MM  
+8rGStv  
自由参数： "-pQL )f  
 反射镜1后y方向的光束半径 jmDQKqEc|l  
 反射镜2后的光束半径 tY1M7B^~  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） ;~2RWj=-  
 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。 W[dK{?RB  
TT'sO[N[  
)YB@6TiD  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 }i"\?M  
Spnshv8  
bpQ5B'9  
结果：使用GFT+进行光束整形 `<0{U]m  
0E6tH& ;>  
,<pk&54.@'  
J<<Ph  
Q :<&<i=I  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 .+;;-]})  

 Stzv  
epcBr_}  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 )&Bf%1>  
|6M:JI8  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 YH0=YmU#X  
lji&]^1  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： )
r8yt}  
W'>"E/Tx#O  
Z'vic#  
{hS9FdWA;  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd !`3q9RT3."  
cTU%=/gbc<  
结果：评估光束参数 XIgGE)n  
ku@sQn  
%Km^_JM  
 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。 q0Hor  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。 HF2w?:  
Rh[%UNl  
Zj(2
$9IU  
 整形光束在x和y方向上显示了一个几乎相同的半径。 发散角大约是4urad。 !9B`  
 M2值明显高于1。（与理想高斯光束相比，高M2值是由光束偏离引起的） +A 4};]W|  
/$q9 Kxb  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd ^#-i%V%  
-HE@wda  
光束质量优化 1Qc>A8SU  
5uVSbo.  
%Sgdhgk1  
 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。 R-L*N$@!  
 之后，将接收场转换成一个透射函数。 将该传输函数用作光阑（在一个透射函数元件中）。 J%Cn  
`t@Rh~B  
结果：光束质量优化 F
%Xj'=  
&!kD81?Mm  
8&g`Uy/b  
 由于通过高斯孔径传播，光束显示出理想高斯形状。 因此，M2值在两个方向上几乎都是1。 &jg..R  
([mC!d@a  
WOv m%sX  
B 66-l!xa  
 然而，光束半径是略有减少。（光束半径显示在最后一张幻灯片是由于其偏离了理想高斯。） dx/NY1  
Y(qyuS3h~*  
pb\W7G  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd }JF,:g Lk  
'@{'T LMCi  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 f  _ O  
ckglDhC  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 Yv!r>\#0S  
da'7* &/  
x#-+//  
 这意味着参数变化是的正态 ZwC\n(_y  
12Lc$\3P  
SR+<v=i  
ls^|j%$J  
82EH'C  
 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。 H{XD>q.  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 lZt{L0  
wDL dmrB  
xE[CNJ%t^,  

+2ZBj6 e9  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run I^CKq?V?:  
rA"><pH  
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） @CxXkR  
=:4vRq
[  
#dd-rooQuD  
ZRK1UpP
 
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。 KMhEU**  
FL,av>mV  
总结 {<p-/|Z52  
'ot,6@~x>  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 :k-(%E](  
1.模拟 3BTXX0yx  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 NV[_XXTv7  
2.研究 IK /@j  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 TB8a#bK4  
3.优化 k~YZT 8  
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。 jn+M L&  
4.分析 _YT9zG  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 NIzxSGk|  
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。 N9[2k.oBH  
tW=,o&C=  
参考文献 KBb{Z;%  
[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). F1q a`j^'  
cP]5Qz  
进一步阅读 jOE~?{8m  
#nzVgV]  
进一步阅读 ff1Em.  
 获得入门视频 U,Duq^l~s  
- 介绍光路图 f<Co&^A  
- 介绍参数运行 PCx] >&  
 关于案例的文档 PXH"%vVF  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens A18&9gY  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens #Fl5]> |  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing nJ ZQRRa:C  
- BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair HgY#O r(  
f:).wi Ld  
#Is/j =  
QQ：2987619807