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光束传输系统（BDS.0005 v1.0） @_?2iN?4Z  
Hqs!L`oW)  
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 \Oq8kJ=  
q/@+.q  
-fXQ62:S  
YoW)]n  
简述案例 ~\<$H'  
Li]96+C$}  
系统详情 e4,SR(O>  
 光源 jU~ x^Y  
- 强象散VIS激光二极管 :L@n(buRN  
 元件 +<.o,3  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） ]WYV  
- 具有高斯振幅调制的光阑 $y&W:  
 探测器 f}"eN/T  
- 光线可视化（3D显示） <g%A2lI  
- 波前差探测 i@.Tv.NZ  
- 场分布和相位计算 ch:rAx  
- 光束参数（M2值，发散角） &R?`QB2/  
 模拟/设计 ah hl  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 C#nT@;VO5  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）：  5{oc  
 分析和优化整形光束质量 Zp3-Yo w2  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 M:GpyE
%  
U 7.kYu  
系统说明 @fYVlHT%E  
51b%uz  
bj}Lxc],  
模拟和设计结果 ij;NM:|Sd  
xYCJO(&  
数值探测器结果 ^h$*7u"^y  
+/Y2\s  
"WuUMt  
iuGwc086  
s{R,- \_  
总结 9D+k71"+  
Qy0w'L/@  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 erW2>^My  
1.模拟 %K4M`R|2]  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 ,wes
*  
2.评估 e)n ,Y  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 5RN!"YLI3  
3.优化 n 5R9<A^  
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。 -yBKA]"<I  
4.分析 RW+
u5Y  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 - [h[  
Or.u*!od&  
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。 / Qd` ?  
=DJ:LmK  
详述案例 fMg9h9U  
TLVsTM8P  
系统参数 n}.e(z_"  
(g@\QdH`|  
案例的内容和目标 k\.9iI'6  
3?a`@C&x  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 zplv.cf#q  
FHQ`T\fC$@  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 nK :YbLdK,  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 vvv'!\'#  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 '~&W'='b;  
1#6emMV.`  
模拟任务：反射光束整形设置 m%`YAD@2z  
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。 ]"Uzn  
qIQ=OY=6  
ih".y3  
@!fUp b  
[w'Q9\,p
 
iVn4eLK^v  
规格：像散激光光束 W+!UVUpW  
XqmB%g(  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 'JMW.;Lh?X  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 g=$U&Hgs  
%US&`BT!  
ESRj<p%W  
aYaEy(m  
[[IMf-]  
"a)6g0gw  
规格：柱形抛物面反射镜 uL/wV~g  
                         71R,R,  
 有抛物面曲率的圆柱镜 Ahwi  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 >;I8w(  
 曲率半径等于焦距的两倍 %m |I=P  
A+RW=|:  
=4eJ@EVM  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） 7x6M]1F  
6i[Ts0H%<!  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 !.,wg'\P  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） Dm)B? H"  
 离轴角决定了截切区域 P0.cF]<m  
^<OYW|q?\r  
规格：参数概述（12° x 46°光束） xc#t8`  
:>fT=$i@  
   tdH[e0x B  
M9W zsWM  
光束整形装置的光路图 Y.Zd_,qy  
RhE~Rwbx  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 6]?%1HSi  
 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。 eT".psRiC  
GP%V(HhN  
反射光束整形系统的3D视图 =o##z5j K  
&!CVF  
(&e!u{I  
SCcvU4`o  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 XvaIOt>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）。 L?[m$l!T}  
&|k=mxox\  
详述案例 K'ZNIRr/C  
* hs&^G  
模拟和结果 [;z\bV<S  
Vn^GJ'^  
结果：3D系统光线扫描分析 jU&m*0nL  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 e-ta7R4  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 U.<j2Kum  
Rs<q^w]  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd s-"KABE
E  
d%8n  
使用参数耦合来设置系统 @A1f#Ed<
 
[~{F(Le  
:8)Jnh\5  
自由参数：  :RnUNz  
 反射镜1后y方向的光束半径 u8zL[]>  
 反射镜2后的光束半径 .|O T#"LP  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） wb.yGfJ  
 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。 PeIx41. +s  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 eC!=4_lx)  
64?HqO 6(  
j
Kml:)k  
x []ad"R  
s>J5.Z7"'j  
0/)2RmF  
q2EDrZ  
自由参数： MI`qzC*%  
 反射镜1后y方向的光束半径 5
IF5R#  
 反射镜2后的光束半径 O6G\0o  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） m%[e_eS  
 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.x&3aG  
Q-oDmjU  
%/Wk+r9uu  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 r ]7: ?ir  
a dqS.xs  
`7=$I~`  
结果：使用GFT+进行光束整形 &4-;;h\H  
XjN4EDi+E  
&gp&i?%X9b  
/2? CB\  
 cHvm
 
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 @ual+=L  
kGV:=h  
?62Im^1/  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 !.6n=r8d  
QJ XP-  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 5pJe`}O4  
n2K1X!E$  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： ,\6Vb*G|E>  
t<UJR*R=L  
r84^/+"T  
p]mN)  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd G(7%*@SX  
lbAhP+B  
结果：评估光束参数 Z^|N]Ej  
"-=fi 'D  
k'st^1T  
 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。 tDRR3=9pX  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。 )h}IZSm  
@s1T|}AJ  
eUy*
0  
 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!K1K3T6k  
 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） 8* A%k1+  
>/A]C$?3  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd M.Yp
'Av  
P PJ^;s  
光束质量优化 OyO]; Yk  
i47LX;}  
,m{R m0  
 通常，使用合适的高斯调制光阑以用于优化M2值。 因此，我们使用测量的半径作为腰束半径（消除发散角）来生成一个高斯光束。 vaB ql(?'2  
 之后，将接收场转换成一个透射函数。 将该传输函数用作光阑（在一个透射函数元件中）。 BEOPZ[Q|c  
Wq4<9D  
结果：光束质量优化 :IZAdlz[@  
;dzL9P9IU  
/9pxEidVAS  
 由于通过高斯孔径传播，光束显示出理想高斯形状。 因此，M2值在两个方向上几乎都是1。 %+l95Dv1  
(,h2qP-;ud  
r-y;"h'  
]VjvG};  
 然而，光束半径是略有减少。（光束半径显示在最后一张幻灯片是由于其偏离了理想高斯。） 5mZ2CDV  
nB`|VYmOP1  
X]=eC6M}:V  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd OInl?_,,T#  
N-K/jY  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 xE8?%N U  
*\XOQWrF  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 ^4fvV\ne_~  
Uoe{,4T  
c]{}|2u  
 这意味着参数变化是的正态 M 2hZ'  
(X "J)xaQ  
V*@aE  
T_S3_-|{==  
F%6wdM W  
 对于这个例子，假设每个反射镜都有±0.1°的角度偏差（绝对的方向）。 由于这个偏差，整形光束的波前差明显增加。 4 eLZ  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 6Hnez@d  
ye.6tlW  
W_}j~[&  
7s
u2A>Ix  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run Onq^|r's&  
5f7id7SI  
第一个随机公差的典型强度分布：（相应的均方根波前差：1.08λ，40.4λ，140λ） H0s*Lb  
A;L ]=J  
Tow=B  
Pdf-2 Tx  
由于波前差和因此校准的偏差更大，M2值明显增加。可以使用高斯孔径来减少。 ui>jJ(  
}? _KZ)  
总结 &<;T$Y  
vQ}ZfP  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。  @*eY~  
1.模拟 B/;>v  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 [_JdV(]$  
2.研究 `TPIc  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 q5_zsUR=  
3.优化 &{? M} 2I  
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。 ;8^k=8  
4.分析 =_`q;Tu=  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 jQV[zcM  
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。 n}UJ-\$  
,Wd=!if  
参考文献 VZt%cq  
[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). mS'Ad<  
^UKAD'_#%O  
进一步阅读 C7dq=(p&  
hV(^Y)f  
进一步阅读 3JGrJ!x  
 获得入门视频 ',R%Q0Q  
- 介绍光路图 &)OI
!^ (  
- 介绍参数运行 bN/8~!  
 关于案例的文档 IB&G#2M<  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens >T]9.`xhK  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens h,$CJdDY]  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing nriSVG
i  
- BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair th73eC'  
~2k.x*$  
i?!9%U!z4  
QQ：2987619807