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光束传输系统（BDS.0005 v1.0） L-S5@;"  
-sZ'<(3  
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 0bc>yZ\R  
ov H'_'  
5#N<~  
j[FB*L1!D  
简述案例 ;~djbo0,X  
0vX6n6G}  
系统详情 o@_i&4[MW  
 光源 &z5?]`ALu  
- 强象散VIS激光二极管 i>[xN[U(  
 元件 XTk :lzFH  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） 0*tnJB  
- 具有高斯振幅调制的光阑 |4P8N{ L>O  
 探测器 $'_Q@ZBq  
- 光线可视化（3D显示） lo'#dpt<  
- 波前差探测 b?Uk%Z]+v  
- 场分布和相位计算 3D!7,@&>3  
- 光束参数（M2值，发散角） 3)LS#=  
 模拟/设计 4F0w+wJD  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 (Cq 38~mR  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： rP2h9Cb  
 分析和优化整形光束质量 W94u7a  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 tjB)-=j[  
m9sck:g#L1  
系统说明 &qSf ~7/  
y=f.;  
RMpiwO^  
模拟和设计结果 F%&lM[N%  
@NL<v-t  
数值探测器结果 ;r~1TUKb  
`AvK8Wh<+  
?u:mscb  
Gf
9sexn]l  
d}Guj/cx,  
总结 7kA+F+f  
'jE/Tre^  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 He4HIZ  
1.模拟 KehM.c^  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 ]+a~/  
2.评估 4guR8 elM  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 N}NKQ]=  
3.优化 MaD|X_g  
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。 }a,ycFt  
4.分析 cr]b
#z  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 n{L^W5B  
tN4&#YK<  
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。 \?Z7|  
L'`Au/%S}  
详述案例 `uk=2k}&m  
}1[s,  
系统参数 \>wQyz  
;Gn>W+Ae M  
案例的内容和目标 W.cc!8  
i%<NKE;v7m  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 /AOGn?Z3  
TB&IB:4)R  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 !s/qqq:g  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 'q~
<ZO  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 )CE]s)6+2  
u{\>iQ
  
模拟任务：反射光束整形设置 3)o>sp)Ji$  
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。 
#6YpV)  
H<q|je}e  
3dbaCusT$  
)16+Pm8  
Hhk`yX c_  
]3='TN8aQF  
规格：像散激光光束 S *J{  
"[fPzIP9  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 L;vglS=l;  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 p$x>I3C(\  
xhho{  
_7';1 D  
g$"x,:2x{  
"+qZv
(  
.mqMz
V  
规格：柱形抛物面反射镜 :6)!#q'g  
                         Tmu2G/yi  
 有抛物面曲率的圆柱镜 '~f*O0_  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 JBOU$A~  
 曲率半径等于焦距的两倍 k'&1,78[l  
CKe72OC  
<Z_\2 YWA  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） :(/1,]bF  
nSQ]qH&4d  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直
_dAn/rj   
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） ~l] w=[ z  
 离轴角决定了截切区域 Kx,X{$Pe  
0LzS #J+  
规格：参数概述（12° x 46°光束） L[Y$ `e{zd  
{2 T:4i5  
   K%/\XnCY  
s[UV(::E  
光束整形装置的光路图 <6hs<qXqi  
Yc~lYz+b  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 | a i#rU  
 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。 d!Y%7LmSE@  
3d1xL+  
反射光束整形系统的3D视图 Zm++5b`W/[  
%RF$Y=c'C  
;QCGl$8A  
47*2QL^zj  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 B>d49(jy  
 绿线表示生成的光轴，由VirtualLab的基础定位方法生成（仅仅设置了距离z和倾角）。 ]{{%d4  
uX{g4#eG  
详述案例 >,k2|m  
=x(k)RTDu  
模拟和结果 )w&|VvM )L  
;Z"Iv  
结果：3D系统光线扫描分析 m432,8 K3r  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 :nqDX  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。
|FlB#  
=Y!.0)t;*  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd 3^q9ll7Op  
rij%l+%@#  
使用参数耦合来设置系统 &+oJPpHi\  
8(q8}s$>  
F8tMZ,:  
自由参数： aWLA6A+C&  
 反射镜1后y方向的光束半径 9<P%?Q  
 反射镜2后的光束半径 /Hm/%os  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） P$AHw;n[R  
 由于功能原理，所有系统参数（距离，焦距，直径）可以由光束参数分析计算。 +@8, uL  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 g3%x"SlIU  
t)k;5B`> &  
0lYP!\J3]%  
>k=@YLj  
)ytP$,r![S  
Y}yh6r;i  
[-e$4^+9  
自由参数： :c )R6=v  
 反射镜1后y方向的光束半径 wxvVtV{u>|  
 反射镜2后的光束半径 CJ)u#PmkJ  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） l_+q a6C*  
 基于光束发散角和直径（x和y方向）焦点，可以计算并设置反射镜的直径和距离z。 ?,hGKSC  
a #p`l>rx  
&js$qgY  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 =R9`to|  
PT&qys2k  
hA&m G33  
结果：使用GFT+进行光束整形 Kh&a#~c  
33hP/p%  
^$oEM0h  
9v ,y  
E J6|y'  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 V!+<  
f!GFRMM1  
LT,zk)5  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 P$clSJ
W  
1O)m(0tb[  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 76c:*bZ  
dOgc%(kz  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： B&*`A&^y  
 @_WZZ  
0PU
SCka'6  
?$/W3Xn0%  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd 0\"]XYOH  
8N#.@\'kz.  
结果：评估光束参数 iE{VmHp=  
}1sd<<\`  
:FS~T[C;  
 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。 brF) %x`  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。 poi39B/Vt  
"88<{xL  
%]F{aR  
 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。 a'my0m  
 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） YB]^Y^"e  
nK]L0*s  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd "(\]-%:7  
ai4ro"H  
光束质量优化
o O1Fw1Y  
5* ~EdT  
GN|xd+O_  
 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。 }.<]A  
 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）。 dFnu&u"  
Nb>C5TjR  
结果：光束质量优化 5VLC\QgK^  
dJ{'b'#  
U owbk:  
 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。 XJ7mvLM;  
Rd1I$| Y  
$*+UX   
@iYr<>iDZ  
 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。） M8FC-zFs  
PV/hnVUl  
"/\-?YJjw  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd Qu|<1CrZj]  
tW3Nry  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 `ItPTSOi  
gBXbB9  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 U+ief?;4F  
(n@&M!a  
?)/&tk9.n  
 这意味着参数变化是的正态 gBy7q09r  
X]Ma:1+  
'c/Z
W  
R"JT+m  
FS6ZPjG)  
 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。 k'1iquc#u  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 fq[,9lK  
Uv=hxV[7y  
:k oXS  
SBG.t:  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run R94ID@LF  
_R|8_#yM  
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） 4jz2x #T  
Y:K1v:Knw  
inv 5
>OeG  
xz vbjS W  
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。 l Gy`{E|  
`bRt_XGPmF  
总结 #,\qjY  
gn4Sz")  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 UP e@>  
1.模拟 ;rJ/Diz!g  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 EN@
Pr `R  
2.研究 lEiOE]  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 '0E^th#u-0  
3.优化 2z=aP!9]  
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。 ZHOh(  
4.分析 dW2Lvnh!>/  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 x[eho,6)  
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。 a*KJjl?k  
)\Ay4d  
参考文献 SXm Hn.?  
[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). ; Uf]-uS  
9A9yZlt  
进一步阅读 -JB~yO?0  
@m(ja@YC  
进一步阅读 |a[Id  
 获得入门视频 %:7fAB,PA  
- 介绍光路图 q.g0Oz@z  
- 介绍参数运行 }6^d/nE*T  
 关于案例的文档 :7Smsc"B!  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens \>GHc}  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens XCU>b[Cj,  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing CLX!qw]@ +  
- BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair bpWEF b'f  
K trR+:  
M?zwXmTVW0  
QQ：2987619807