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光束传输系统（BDS.0005 v1.0） [4V{~`sF  
5*.JXxE;U  
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 g]^@bxdg  
Z.a`S~U  
M.|@|If4?  
nLn3kMl4  
简述案例 C_SJ
4Sh  
HZp}<7NR(7  
系统详情 b?6-lYE>L  
 光源 I]HrtI  
- 强象散VIS激光二极管 !d@qT
.  
 元件 c/fU0cA@  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） 3$fzqFo  
- 具有高斯振幅调制的光阑 X.u&4SH  
 探测器 V%F^6ds$]0  
- 光线可视化（3D显示） J{W<6AK\S  
- 波前差探测 _9%R U"  
- 场分布和相位计算 ![=C`O6K  
- 光束参数（M2值，发散角） u:~2:3B  
 模拟/设计 xgw[)!g^\  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 Eiqx1ZM  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： ('H[[YODh  
 分析和优化整形光束质量 UY@^KT]  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 fq-zgqF<  
B d#D*
"gx  
系统说明 7(RtPLpZ  
\-XQo  
W_w^"'  
模拟和设计结果 !q:[$g-@q  

R>BZQugZ~  
数值探测器结果 _J'V5]=4  
84xA/BRW  
J2rw4L  
)f#raXa5+  
gIGyY7{(s8  
总结 nE$8-*BZ_  
:bJT2o[  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 oMM+af  
1.模拟 05]y
*I  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 $)UMRG  
2.评估 6[r-8_  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。
M4MO)MYJ  
3.优化 L>4!@L5)  
利用一个具有高斯形状孔径函数的光阑和经典场追迹引擎来优化M2参数。 &NvvaqJ  
4.分析 ;+d2qbGd  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 in>Os@e#  
O$<m(~[S  
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。 1y\-Iz
^  
"pQFIV,  
详述案例 qa>Z?/w  
6N7^`ghTf  
系统参数 (jR7D"I  
7x6q:4Ep\  
案例的内容和目标 @xKfqKoqg  
I_QWdxn  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 nT(Lh/  
*@2+$fgz  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 ^oykimYI-  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 <oFZFlY@  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 ~"eQPTd  
A6ar@$MZ  
模拟任务：反射光束整形设置 I.C,y\  
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。 ]
@Gw$  
75>)1H)Xm  
-0pAj}_2}  
UEm~5,>$0  
#*J+4aw3  
`5J`<BPs  
规格：像散激光光束 l"T{!Oq  
`>kHJI4  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 ymNL`GYN[  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 vdhwFp~Y  
8`I/\8;H'p  
;v}f7v '  
0uw3[,I   
"Uk "  
]]R!MnU:$  
规格：柱形抛物面反射镜 \Z?.Po`!j  
                         {pzu1*  
 有抛物面曲率的圆柱镜 d]fo>[%Xr  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 } `X.^}oe  
 曲率半径等于焦距的两倍 TbK;_pg  
)MV`(/BC*  
!)!<.x  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） _^Ds[VAgA  
Or({|S9d2  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 ;*~y4'{z  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） =1:dKo8  
 离轴角决定了截切区域 ITUwIpAE  
LTof$4
s  
规格：参数概述（12° x 46°光束） e9F\U   
>Rnj6A|Q  
   tf:4}6P1  
RV%aFI )  
光束整形装置的光路图 nQ\)~MKd  
NWNPq"  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 9f wFSJx  
 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。 xJ
0
Q8A  
-5&|"YYjr{  
反射光束整形系统的3D视图 RyAss0Sm^  
eD#R4  
W7sx/O9  
]j^V5y"  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 *[@k=!73  
 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）。 J&vmW}&  
$<]G#&F   
详述案例 8J5{}4s\f  

o<pb!]1  
模拟和结果 {H\(H_X  
;Wo\MN  
结果：3D系统光线扫描分析 Os9;;^k  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 D09/(%4j  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 v?9  
a4B#?p  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd KX|7mr90K  
ec$kcD!  
使用参数耦合来设置系统 8/tvS8I#y  
,j'>}'wG)  
6)@Y41H]C  
自由参数： G#|`Bjv"aP  
 反射镜1后y方向的光束半径 I_h8)W  
 反射镜2后的光束半径 Lwy9QZL  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） 1=9M@r~ ^  
 由于功能原理，所有系统参数（距离，焦距，直径）可以由光束参数分析计算。 V~9s+>  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 C2Pw;iK_t  
_Di";fe?  
@$e!|.{1q  
)`*=P}D  
Z^fkv  
+H'{!:e5  
9:]w|lE:D  
自由参数： `Dn"<-9:  
 反射镜1后y方向的光束半径 &idPO{G  
 反射镜2后的光束半径 e*zt;SR  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） ,[Bv\4Ah  
 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。 IpRdGT02  
IPIas$  

T&/ ]|4  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 5y1:oiE/  
&'0|U{|  
^xpiN
P!?a  
结果：使用GFT+进行光束整形 G(;C~kHX  
>=WlrmI  
8ph*S&H  
F/QRgXV  
v&8%t 7|  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 N N1(f
 
:M |<c9I  
;;3oWsil}  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 7a0kat'\  
xv+47.?N  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 E&wz0d;gf  
g~A~|di|  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： wB~5&:]jr  
w<0F-0:8  
j~'a %P  
C.& R,$  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd 0+vt LDq@P  
Y >83G`*}b  
结果：评估光束参数 y\M Kd[G7  
z|^+
uL  
#7Pnw.s3zz  
 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。 _T{ "F  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。 { +$zgg  
j&c YRKpz  
3G;#QK-c  
 整形光束在x和y方向上显示了一个几乎相同的半径。 发散角大约是4urad。 V/8"@C  
 M2值明显高于1。（与理想高斯光束相比，高M2值是由光束偏离引起的） @C?.)#  
8}^R jMgI  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd p;Lp-9H\33  
FVgE^_  
光束质量优化 -!C9x?gNY  
k v>rv37u  
[@PD[-2QG3  
 通常，使用合适的高斯调制光阑以用于优化M2值。 因此，我们使用测量的半径作为腰束半径（消除发散角）来生成一个高斯光束。 1h[xVvo<L  
 之后，将接收场转换成一个透射函数。 将该传输函数用作光阑（在一个透射函数元件中）。 GjfPba4>  
4dgo*9  
结果：光束质量优化 1c%ee$Q  
!L=RhMI  
DMcH, _(  
 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。 &6#>a"?"  
FD+y?UF  
$ncJc  
[

2 yxTK  
 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。） A.%MrgOOX  
:|V`QM  
M(8Mj[>>Rj  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd u51%~  
d`g)(*  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 ?c;T4@mB  
*wd@YMOP  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 L (#DVF  
BS@x&DB  
{j!jm5  
 这意味着参数变化是的正态 YWXY4*G  
,1!
~@dhs  
8F;f&&L"y  
Q
~y) V  
l[P VWM  
 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。 B'kV.3t  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 ylo/]pVs  
XP|qY1  
[l7 G9T}/[  
\H-,^[G3  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run 8do7`mN  
RaBq@r*(
 
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） xyvG+K&  
;G=:>m~  
dZ"B6L!^(  
j/Dc';,d.(  
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。 qVidubsW  
%_>+K;<  
总结 kR1dk4I4  
e+? -#  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 pT;{05  
1.模拟 #zL0P>P'a  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 u[>hs \3k  
2.研究 ~ZN]2}  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 @S>$y5if  
3.优化 @TWtM#  
通过使用显示出高斯整形孔径函数和经典场追迹引擎来优化M2参数。 ZnVx'Y  
4.分析 KVC$o+<'`%  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 DJu
&l  
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。 sgRD]SF  
TSp;VrOP  
参考文献 P_Bhec|#fT  
[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). YcQ3:i  
/;K?Y#mf~j  
进一步阅读 3!OO_  
2!y%nkO*  
进一步阅读 f5droys9  
 获得入门视频 >e4w8Svcy  
- 介绍光路图 eLd7|*|  
- 介绍参数运行 M10u?  
 关于案例的文档 [|NgrU_.  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens cfg_xrW0^  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens \B$Q%\-PX  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing -T
5$l  
- BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair j. m(Z}  
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QQ：2987619807