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光束传输系统（BDS.0005 v1.0） k#liYw I  
#oW"3L{,  
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 J2adG+=  
_wH>h$E  
%PM&`c98z7  
dhv?36uE  
简述案例 R-LMV  
}IEwGoDwNs  
系统详情 4Oo{\&(  
 光源 !mHMFwvS  
- 强象散VIS激光二极管 cD6S;PSg  
 元件 $>Qq 7  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） :e1kpQ  
- 具有高斯振幅调制的光阑 M#nlKj<  
 探测器 '.EO+1{a  
- 光线可视化（3D显示） ~I6N6T Z  
- 波前差探测 lg"aB  
- 场分布和相位计算 _NefzZWUJ  
- 光束参数（M2值，发散角） !6!Gx:  
 模拟/设计 ,2YZB*6h{  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 76H>ST@G|  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： f7YBhF  
 分析和优化整形光束质量 vMd3#@  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 50_[n$tqE  
>3ax `8  
系统说明 A:yHClmn  
&hEn3u  
k/P.[
5  
模拟和设计结果 wU6sU]P  
Z_W
zm!:  
数值探测器结果 IjGPiC  
@}=(4%  
G %'xEr0n  
.G.WPVE  
nr2 Q[9~  
总结 CP~mKmMV  
4-~Z{#-  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 U%q-#
^A  
1.模拟 _f'v>"K  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 ? D _kQl  
2.评估 }R`Rqg-W  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 NV7k@7_{B  
3.优化 W1 k]P.  
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。 Aa=:AkrH  
4.分析 rtS' 90`  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 Y{D%v  
8[;vC$  
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。 _0(%^5
Y  
gVrQAcJj  
详述案例 vfc:ok1  
&\1n=y  
系统参数 Q_U.J0  
y{S8?$dU$:  
案例的内容和目标  V\o7KF  
In?=$_p  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 7i*eKC`ZqK  
<XIIT-b[  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 @@)2 12  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 >~SS^I0  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 nq)F$@  
,
;_+o]  
模拟任务：反射光束整形设置 0?<#!  
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。 7 !$[XD  
h:nybLw?  
%WgN+A0  
=5q<_as  
DsejZ
&  
b,Oh8O;>  
规格：像散激光光束 qx t0Jr8  
Iko]c_W0  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 ]K"&Vd  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 1@DC#2hPr  
u.|Z3=?VG  
Nob(D'vSr  
v1TFzcHl<  
TIWR[r1!  
L=l&,ENy  
规格：柱形抛物面反射镜 Qc; kj  
                        
b6bs .  
 有抛物面曲率的圆柱镜 flsejj$  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 "f,{d}u  
 曲率半径等于焦距的两倍 }d<R 5  
qI+2,6 sGI  
Dwp,d~z  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） 7l D-|yx  
>Icr4?zq  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 Mfj82rHg  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） H$KO[mW}  
 离轴角决定了截切区域 vrkY7L3\  
FEaT}/h;
 
规格：参数概述（12° x 46°光束） n t}7|h|  
9 r!zYZ`)  
   Xw-[Sf]p  
V ~C$|+>e  
光束整形装置的光路图 BAf$tyh  
XBQt:7[<  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 =dmr
,WE  
 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。 c$O8Rhx  
:?>7Z6  
反射光束整形系统的3D视图 [_,as  
LQ jbEYp  
e-nA>v  
3v/B*M VI  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 \^x{NV@v42  
 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）。 Zw.8B0W  
hH %>  
详述案例 /Mqhx_)>A  
S<tw5!tJ  
模拟和结果 ?sf<cFF  
Cn{Hk)6  
结果：3D系统光线扫描分析 lW+mH=  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 $[ {5+*  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 LeKovt%  
JVZ-nHf(9  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd $x0SWJ \G  
g.lTNQm$u  
使用参数耦合来设置系统 eS`VI+=@0  
#b/qR^2qW  
T
NX9Z)=>g  
自由参数： L:z0cvn"  
 反射镜1后y方向的光束半径 $></%S2g  
 反射镜2后的光束半径 G]^[i6PQs  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） _BczR:D*  
 由于功能原理，所有系统参数（距离，焦距，直径）可以由光束参数分析计算。 s]arNaaA  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 SmRlZ!%e  
}E'0vf/  
fab'\|Y   
*FlPGBjJ  
,,H"?VO  
g^AQBF  
,YYEn^:>  
自由参数： GG}%  
 反射镜1后y方向的光束半径 >4:d
)  
 反射镜2后的光束半径 1U 6B$(V^i  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） _P>YG<*"kQ  
 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。 ;_<R
+w3-  
K7 e~%mY  
5xQ-f  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 | f#wbw  
rQ;w{8J\t  
dmFn0J-\  
结果：使用GFT+进行光束整形 \Wbmmd}8  
LP<A q  
<`H0i*|Ued  
R.~[$G!  

g'0CYY  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 Shn,JmR  
)vp0X\3q`  
K_7pr~D]@r  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 F3tps jQ  
*@U{[J  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 dG\wW@}J  
LQ+/|_(.  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： `Q]N]mK  
f:c'j`  
80xr
zv  
\2SbW7"/;P  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd ;b~ S/  
g: i5%1  
结果：评估光束参数 >ohH4:  
lj4Fg*/Yn  
h$cm:uks  
 从生成的整形光束场分布，可以评估光束参数。 可以直接通过使用探测器界面实现。 ua\t5M5  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。 d,<ni"  
sZ;|NAx)  
^t>mdxuq  
 整形光束在x和y方向上显示了一个几乎相同的半径。 发散角大约是4urad。 gI+8J.AG=  
 M2值明显高于1。（与理想高斯光束相比，高M2值是由光束偏离引起的） D3pz69W  
G\.~/<Mg+  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd 0|3I^b  
~9X^3.nI  
光束质量优化 q z)2a2C  
|,8z"g  
tvkdNMyX%9  
 通常，使用合适的高斯调制光阑以用于优化M2值。 因此，我们使用测量的半径作为腰束半径（消除发散角）来生成一个高斯光束。 O-iE0t  
 之后，将接收场转换成一个透射函数。 将该传输函数用作光阑（在一个透射函数元件中）。 +pofN-*%  
L/3A g* ]  
结果：光束质量优化 |tXA$}"L8  
wxN)dB  
"oP^2|${  
 由于通过高斯孔径传播，光束显示出理想高斯形状。 因此，M2值在两个方向上几乎都是1。 )S
V.|  
((y|?Z$  
SzULy >e  
G0FzXtu)q  
 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。） % rBzA<  
e`*}?N4d  
[KDxB>R<{  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd BN/4O?jD9  
6FS%9.Ws  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 !MbzFs~  
qxL\G &~  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 sdp&D@  
?R`S-  
2TK \pfD  
 这意味着参数变化是的正态 iL/
c^(
1  
ycA<l"  
KE?t?p  
kOE\.}~4  
*g*~+B :  
 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。 <e?1&56  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 KqL+R$??"(  
~W2Od2p!  
M=M~M$K  
3v91yM
x  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run Zv0'OX~8i  
j].=,M<dxE  
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） z"D0Th`S6  
BvLC%  
@CtnV|  
!C&  ^%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。 Z,~PW#8<&  
[$DI!%e|  
总结 "C.cU  
hcqg94R#_  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 {UFs1  
1.模拟 y]okOEV0  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 h3[x ZJO  
2.研究 ${5E  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 p[K!.vOt+
 
3.优化 [k]3#<sS  
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。 n%ypxY0  
4.分析 |})v, oB  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 NI:3hfs  
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。 35H.ZXQp-  
Qp;FVUw9  
参考文献 V2SHF  
[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). ~_F<"
40  
eMLcmZJR  
进一步阅读 Y<t(
m
$s  
\>tx:;D3  
进一步阅读 8
 KRo<  
 获得入门视频 O9*l6^Scw  
- 介绍光路图 )*L
=$0R  
- 介绍参数运行 Ov#G7a"  
 关于案例的文档 z.~jqxA9  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens <2e[;$  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens M2nWvU$  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing gle<{ `  
- BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair ,B:r^(}0j  
p
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iOtf7.@  
QQ：2987619807