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光束传输系统（BDS.0005 v1.0） Z3TC
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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 FvT4?7-  
Dr.eos4 ~  
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简述案例 jv~#'=T'  
ExO#V9DaW  
系统详情 |-=-/u1  
 光源 t`JT  
- 强象散VIS激光二极管 PL=v,NB  
 元件 ^`yhN  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） ,5c7jZ5H  
- 具有高斯振幅调制的光阑 SdlO]y9E  
 探测器 yT/rH- j;5  
- 光线可视化（3D显示） EcH
Zmf  
- 波前差探测 55O}SUs!P  
- 场分布和相位计算 mHMsK}=~  
- 光束参数（M2值，发散角） uY~mi9E  
 模拟/设计 K7&]|^M9  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 t[!,puZc#  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： {Ycgq%1>]  
 分析和优化整形光束质量 tQzbYzG
b7  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 Gk
5'|s  
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Y!Y?O  
系统说明 WDY\
Fj  
Bdh*[S\u@E  
6E) T;R(@  
模拟和设计结果 X{#^O/  
\/1~5mQ+  
数值探测器结果 "T5jz#H#/  
zKP[]S-  
TE&E f$h  
3|$?T|#B  
&G%AQpDW5  
总结 :j+E]|d(~6  
\)28,`  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 *=@8t^fa86  
1.模拟 ek)rsxf1A  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 GThGV"  
2.评估 +jrx;xwot  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 `P\H{  
3.优化 R~oY R,L;  
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。 puMVvo  
4.分析 3\ajnd|  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 ?T73BL=  
]Yt3@ug_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。 ;L87 %P(.  
`GqF/?i  
详述案例 |u`YT;`!"-  
[uqr  
系统参数 FsUH/Y y  

'(r?($s  
案例的内容和目标 tz65Tn_M  
>%6j-:S  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 ("A45\5  
L`M{bRl+1  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 =KR^0<2r  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 tx;2C|S$oU  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 fPN/Mxu  
d.ywH;  
模拟任务：反射光束整形设置 (Ajhf}zJ  
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。 <2j$P Y9  
,FYA*}[  
?}^ y6  
>*/ |tL  

xz@*V>QT  
miBCq
l@x  
规格：像散激光光束 ~+ae68{p  
c5
f57Z  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 or ~@!  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 6/QWzw.0c  
w2 (}pz:  
.nr%c*JUp  
?>=vKU5  
0*^f EoV  
 svo%NQ  
规格：柱形抛物面反射镜 #\F8(lZ  
                         ]mJ9CP8P1c  
 有抛物面曲率的圆柱镜 )jI4]6  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 1jSmTI d  
 曲率半径等于焦距的两倍 f3,Xb ]h  
/q]f
G  
LfnQcI$kO  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） S]ndnxy"b  
t(,2x%{  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 " d~M\Az  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） "}uu-5]3  
 离轴角决定了截切区域 2DZ&g\|  
:'H}b*VWx  
规格：参数概述（12° x 46°光束） y}QqS/  
' z^v
}~  
   <+ <o X"I  
5*"WS $  
光束整形装置的光路图 m&*0<N  
'wLW`GX.  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 W.7u6F`  
 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。 |<YF.7r;  
-RThd"  
反射光束整形系统的3D视图 IxlPpS9Wx  
H'2o84$  
9zehwl]~  
HRd02tah  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 f`J[u!Ja  
 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）。 =:RNpi,  
Wu?[1L:x  
详述案例 ^^Q>AfTR.  
A.P*@}9  
模拟和结果 n u>6UjV  
-fz(]d  
结果：3D系统光线扫描分析 RoD9  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 ~bjT,i  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 v@!r$jZ  
3A b_Z  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd ^
F"eHUg  
n{F&GE="  
使用参数耦合来设置系统 GsWf$/iC:  
`? f sU  
$)O\i^T  
自由参数： DV
bY  
 反射镜1后y方向的光束半径 Pu
rY_  
 反射镜2后的光束半径 P6ugbq[x#e  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） ~qW"v^<  
 由于功能原理，所有系统参数（距离，焦距，直径）可以由光束参数分析计算。 .V^h<d{  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 H!g9~a  
6[1lK8o  
Bv=:F5hLG  
8g 2'[ci$q  
kh*td(pfP9  
<C7/b#4>\  

cT^x^%  
自由参数： SL% Ec%9Y  
 反射镜1后y方向的光束半径 <
dhBO  
 反射镜2后的光束半径 ^t)alNGos  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） I#t#%!InH  
 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。 htqC~B{1E  
)RwO2H  
P?U}@
U~9  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 fL R.2vJ  
q/\Hh9`  
1A
9
Gf  
结果：使用GFT+进行光束整形 v%2Jm!i+  
Nxt z1  
y +c 3#  
cX-)]D  
xXc3#n  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 "/U~j4O  
;!N_8{ 7r  
xHdv?69,  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 qgLj^{  
TYr"yZ([
 
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 0\^K\J,.  
e;)&Hc:Z  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： 3MFb\s&Fq  
+QVe -  
B6a   

mMV-IL  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd AVv8Hhd  
l7=WO#Pb  
结果：评估光束参数 FiJU *  
f0lK,U@P  
z}m)u  
 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。 6P*2Kg`  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。 q\6ZmKGnT  
p=U5qM.O  
(!`]S>_w9  
 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。 Kf7v_T
/  
 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） E; Z1HF R  
!;^TW$ G  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd QZ51}i  
6*H F`@(  
光束质量优化 b:}+l;e52  
'
fm}&0  
J~vK`+Zs  
 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。 kUG3_ *1 .  
 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）。 C %o^
AR  
;iEFG^'tG  
结果：光束质量优化 p
I|H9  
#r_&Q`!eU  
u?n{r  
 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。 P*;zDQy  
^d2bl,1  
^yB>0/{)z  
w oSI 2i  
 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。） Z,osdF  
BSu ]NOwe  
OjiQBsgnj  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd h0fbc;l  
W=T}hA#`  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 "~lGSWcU  
aGz<Yip  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 *Q8d&$ ^  
?0
VLx,kp  
a_0G4@=T  
 这意味着参数变化是的正态 hD:$Sv/H  
SrVJ Q~:>  
_%HyXd  
CL$mK5u  
`)W}4itm  
 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。 Dab1^H!KT  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 JUlV$b.)J  
.Lk2S "+  
'J`%[,@V  
HEjrat;5  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run An e.sS  
R3$K[Lv,  
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） Rz!E=1Y$  
MyOdWD&7  
X192Lar  
0r+%5}|-K  
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。 ^vmyiF  
>_y>["u6J#  
总结 .hCOi<wB  
b:S#Sz$  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 EK^ld!g(  
1.模拟 l}?'U  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 Q b5AQf30  
2.研究 *}\!&Zk"  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 ba3_55]  
3.优化 l#,WM
u&  
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。 Y24:D7Q  
4.分析 B=/*8,u  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 10JxfDceD  
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。 )h~MIpWR  
`bGAc&,&  
参考文献 A}b<Lg  
[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). V$wf;v0d(  
}Jgz#d  
进一步阅读 ipEsR/O  
D'>yu"  
进一步阅读 MdWT[  
 获得入门视频 h!f7/)|[o  
- 介绍光路图 :_tsS)Q2m  
- 介绍参数运行 j0k"iv  
 关于案例的文档 e/WR\B'1  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens "YGs<)S  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens &Q^M[X  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing IN!m  
- BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair bgd1j,PWbW  
d;ElqRC&  
YXJjqH3  
QQ：2987619807