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光束传输系统（BDS.0005 v1.0） 4:S]n19nq  
kI9I{ &J&  
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 8V}|(b#  
$U.|  
S~ Z<-@S  
/t`,7y3T  
简述案例 1pg#@h[|t  
9l"=]7~%  
系统详情 S[2?,C<2=  
 光源 f^*Yqa  
- 强象散VIS激光二极管 Ww60-d}}Q  
 元件 71%$&6  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） =+K?@;?  
- 具有高斯振幅调制的光阑 ,`RX~ H=C  
 探测器 cD6^7QF  
- 光线可视化（3D显示） #R:&Irh  
- 波前差探测 .)$MZyo  
- 场分布和相位计算 99`w'Nlk  
- 光束参数（M2值，发散角） }eW<P079  
 模拟/设计 OJ"./*H  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 +v 3:\#  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： wggB^ }~  
 分析和优化整形光束质量 >qOG^{&x  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 Axns

  
eUZk|be  
系统说明 vpf.0!zh  
\?R#ZxP@  
=]-z?O6^`  
模拟和设计结果 J9!/C#Fm  
\QC{38}  
数值探测器结果 h'};spv  
p&x!m}!  
aQ$sn<-l  
y]+5Y.Cw$  
R'`'q1=R  
总结 wEM=Tr/h  
Lo_+W1+  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 8ta@@h  
1.模拟 #+l`tj4b/  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 \Z3K ~  
2.评估 ObEz0Rj  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 [ 5}Q  
3.优化 7`;f<QNo  
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。 0&|0l>wy.  
4.分析 YLQ0UeDN'  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 nOL.%  
5 | ,b  
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。 qE[YZ(/f0&  
7~QI4'e  
详述案例 D0xQXC3$`  
c/tB_]  
系统参数 4>0q0}J=5  
t!3N|
`x  
案例的内容和目标 9/29>K_  
pg4pfi^__V  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 U< Xdhgo?
 
C
A0XcLiFt  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 N4C7I1ihq  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 .>F4s_6l  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 #DFi-o&-  
.7^(~&5N  
模拟任务：反射光束整形设置 3._
ep  
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。 MXcW &b  
aim\3y~  
 &Q~W{.  
zq{UkoME  
WM ?a1j  
*"8Ls0!  
规格：像散激光光束 9%T"W  
( ~5M{Xh  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 (?\+
  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 1Y'4 g3T  
d6QrB"J`  
v>} +->f  
)ciP6WzzbI  
H/*ol^X7  
950N\Y@u  
规格：柱形抛物面反射镜 50N4J  
                         +_i{4Iz~p  
 有抛物面曲率的圆柱镜 70c]|5  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 L/tn;0  
 曲率半径等于焦距的两倍 ^-~JkW'z  
v{a%TA9-  
KN|<yF   
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） mfQ#n!{ZH  
xeU|5-d'  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 <@-O06  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） h
HE~
/U  
 离轴角决定了截切区域 B]"`}jn  
R}Lk$#S#  
规格：参数概述（12° x 46°光束） #%p44%W  
XJ4f;U  
   $gBQ5Wd  
S"Cz. bv  
光束整形装置的光路图 QE(.w dHP  
:'Qiwf&  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 #4'wF4DR@  
 因为离轴抛物面镜的位置是相对于它的焦点，那么到反射镜2的距离z必须是负的。 ls 5iE  
13!@LbC  
反射光束整形系统的3D视图 ! dzgi:  
h$l/
wn  
njy2pDC@  
I
y9hBAg\y  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 ={:a N)  
 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）。 2H|:/y  
:G1ddb&0+  
详述案例 (G"'Fb6d  
9b+jT{Tg  
模拟和结果 -X
V,r<''  
^ F]hW  
结果：3D系统光线扫描分析 ^&
eF916H  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 -&8( MT*  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 AatSN@,~z  
+NPL.b|  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd EJkHPn  
>D,Oav  
使用参数耦合来设置系统 15g!Q *v  
!wy _3a
 
m+Ye`]  
自由参数： l$;"yVdks  
 反射镜1后y方向的光束半径
b&z#ZY  
 反射镜2后的光束半径 s:U:Dv  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） X8|H5Y:  
 由于功能原理，所有系统参数（距离，焦距，直径）可以由光束参数分析计算。 bBjr hi  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 !/is+ xp  
b' o]Y  
%v0M~J}
+  
2Xt4Rqk$  
1X?ro;  
(u,)v_Oo]a  
7AqgX0)  
自由参数： _gT65G~z  
 反射镜1后y方向的光束半径 ,"%C.9a  
 反射镜2后的光束半径 ^{+ry<rS>  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） pp"X0  
 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。
4era
5=  
5p0~AN)  
RaJTya^  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 m!V,W*RNr  

+Iyyk02V  
HGQ</5Z  
结果：使用GFT+进行光束整形 Ds`e-X)O;\  
ZoG@"vr2  
-/Q5?0z  
Qd}n4KF\  
6>vR5pn  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 U%q)T61  
#dauXUKH  
7H6Ts8^S  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 \]ib%,:YU  
4>gfLK\R:  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 mxv?PP  
(Z),gxt  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： Oyl~j#h  
DzZF*ylQ5P  
voa)V1A/]  
 0,Ds1
y^  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd -^@FZR^Y  
z74JyY  
结果：评估光束参数 wLV,E,gM  
RNT9M:w  
N1t4o~  
 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。 tr0b#4  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。 !nmZ"n|}p  
-KiPqE%&G  
&[ })FI  
 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。 -)V0D,r$[  
 M2值明显高于1。（与理想高斯光束相比，高M2值是由光束偏离引起的） *6s_7{
;  
e={O&9Z  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd X`8<;l  
'}OdF*L  
光束质量优化 XcJ5KTn  
N63?4'_W  
#VQZ"7nI@  
 通常，使用合适的高斯调制光阑以用于优化M2值。 因此，我们使用测量的半径作为腰束半径（消除发散角）来生成一个高斯光束。 A4j,]hOD  
 之后，将接收场转换成一个透射函数。 将该传输函数用作光阑（在一个透射函数元件中）。 |~9rak,  
vXJs.)D7  
结果：光束质量优化 dwA"QVp{  
zEQ]5>mG  
^twyy9VR  
 由于通过高斯孔径传播，光束显示出理想高斯形状。 因此，M2值在两个方向上几乎都是1。 9ihg[k  
ql?w6qFs]  
<a R  
;}B=g/C  
 然而，光束半径是略有减少。（光束半径显示在最后一张幻灯片是由于其偏离了理想高斯。） 5wK==hZ  
1mFH7A($  
Ws2q/[\oz  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd }&v}S6T  
Qf:e;1F!  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 t>[QW`EeP  
(kL"*y/"p  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 <&eJIz=  
~kc#
"^sJ  
!'$*Z(  
 这意味着参数变化是的正态 =ejcP&-V/  
uP9b^LEoN  
Bc=(1ty)  
XpAJP++  
|!oC7!+0^  
 对于这个例子，假设每个反射镜都有±0.1°的角度偏差（绝对的方向）。 由于这个偏差，整形光束的波前差明显增加。 l$u52e!7  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 $QiMA,  
-jjB2xP  
-@AhJY.  
3W'fEh5  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run r/h\>s+N  
>MYxj}I4{z  
第一个随机公差的典型强度分布：（相应的均方根波前差：1.08λ，40.4λ，140λ） f1NHW|_j  
J.iz%8  
BA a:!p  
{aE[h[=r  
由于波前差和因此校准的偏差更大，M2值明显增加。可以使用高斯孔径来减少。 UP#@gxF  
A!Tl  
总结 BB}WfA  
9Qyc!s`  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 bK "I9T #  
1.模拟 B7Ket8<J  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 +}jzge"  
2.研究 0\i\G|5  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 <MEm+8e/s6  
3.优化 3[#^$_96b  
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。 yz [pF  
4.分析 _JC*4  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 .#y#u={{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。 .XgY&5Qk  
sm##owI  
参考文献 %@QxU-k_  
[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). :{<|,3oNdR  
33%hZ`/>  
进一步阅读 #8jiz+1 _  
i,^-9  
进一步阅读 14&|(M  
 获得入门视频 J@_M%eN  
- 介绍光路图 :%sG'_d  
- 介绍参数运行 J5a8U&A  
 关于案例的文档 `n,RC2yo  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens ]Mq-67  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens {X?Aj >l  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing 39^+;Mev  
- BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair shB3[W{}!)  
f['I4 /o  
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QQ：2987619807