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光束传输系统（BDS.0005 v1.0） ku/\16E/k  
je&dioZ>  
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 Ku<b0<`  
T}n N=Q4  
MV"E?}0  
5^/,aI  
简述案例 J)9 AnGWe  
5h`m]#YEG  
系统详情 >_;kTy,  
 光源 dtB[m^$  
- 强象散VIS激光二极管 J+ Jt4  
 元件
&$mZ?%^C  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） z.
eJEK  
- 具有高斯振幅调制的光阑 F&=I7i  
 探测器 ;_mgiKHg  
- 光线可视化（3D显示） 5;IT64&]  
- 波前差探测 U7^7/s/.  
- 场分布和相位计算 D:=t*2-Iv  
- 光束参数（M2值，发散角） @v>l[6]>^  
 模拟/设计 ppAmN0=G  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 r5t;'eCea  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： ^I]LoG:  
 分析和优化整形光束质量
^oS$>6|  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 89hF)80  
EkN_8(w  
系统说明 4bP13f  
p86~~rvq[  
FoE|Js  
模拟和设计结果 %tT"`%(+  
JZ`>|<W  
数值探测器结果 I[}75:^Rt  
q_cC7p6t  
!n|#|.0m  
YTQ5sFuGM  
,Z^Ca15z  
总结 O`cdQ
u  
k/%#>  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 dVa!.q_3  
1.模拟 8EOh0gk7  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 +wipfL~&S  
2.评估 FC6xFg^  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 @&;(D!_&  
3.优化 Rv98\VD"  
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。 KacR?Al  
4.分析 5?Bc Y;  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 (B@X[
~  
X:>$8^gS  
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。 z<hFK+j,'^  
:4|M jn  
详述案例 AIb>pL{  
jAXR`D  
系统参数 4CLsY n?  

HN{zT&  
案例的内容和目标 9z:K1  
%dc3z"u  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 nP<S6:s:  
]nQ+nH  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 ^K+:C;Q|  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 wqUQ"d  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 6Opa{]  
TXjloGv^  
模拟任务：反射光束整形设置 P|N2R5(>T  
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。 C}q>YRubZ  
BWh}^3?l  
D|l,08n"?  
uMvb-8  
r$ =qQ7^#  
I.1D*!tz  
规格：像散激光光束 Y&K <{\vE  
&f-hG3/M  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 UP2}q?4  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 iRNLKi  
\6o\+OQk  
kx:j
I^  
;$7v%Ls=  
`N}d}O8   
:=*}htP4C  
规格：柱形抛物面反射镜 " !-Kd'V  
                         Q8q@Y R#  
 有抛物面曲率的圆柱镜 OUI6 ax\[  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 iCP~
O  
 曲率半径等于焦距的两倍 Ow@v"L;jF!  
F)SPaC4  
^]>aHz9  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） ^/toz).Q  
Lg4YED9#  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 =xL)$DTg)  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） jZd}OC<  
 离轴角决定了截切区域 uFG<UF  
L&kr{7q  
规格：参数概述（12° x 46°光束） e\F}q)_
 
QB&BTT=!  
   oh~:,  
hi|!  
光束整形装置的光路图 C5*xQlCq}  
7&U&E|  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 ;hHi@Z9  
 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 %S!$P  
6o=G8y  
反射光束整形系统的3D视图 wvN
`R  
BI/&dKM  
q/PNJ#<  
X(Qu{HhI  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 Zb_apjg[4  
 绿线表示生成的光轴，由VirtualLab的基础定位方法生成（仅仅设置了距离z和倾角）。 @MbVWiv  
d ~`V7B2Y  
详述案例 t Rm+?  
nlc.u}#  
模拟和结果 G$bJ+  
]s_8A`vm  
结果：3D系统光线扫描分析 )8,|-o=  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 Da.G4,vLh  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 Q.Aa{d9e  
Q@S-f:!  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd Z7a945Jd  
skg|>R,kE  
使用参数耦合来设置系统 nP3 E  
2g-` ]Vqb  
ru9zTZZD  
自由参数： [f/I2  
 反射镜1后y方向的光束半径 }m-"8\_D  
 反射镜2后的光束半径 [}z,J"Un  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） /=:j9FF  
 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。 ,$lemH1d  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 Um`!%  
l\OLyQ  
`A@w7J'  
BuOgOYh9  
6.WceWBR  
'b&yrBFD  
m Y,|J\w@  
自由参数： %aRT>_6"  
 反射镜1后y方向的光束半径 !l@zT}i??  
 反射镜2后的光束半径 jgv`>o%<W  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） 9=`Wp6Gmn  
 基于光束发散角和直径（x和y方向）焦点，可以计算并设置反射镜的直径和距离z。 i)a%!1Ar  
L%"LlSg  
O`[aU%4b  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 3FE(}G  
(p#
0)C  
4?\:{1X=  
结果：使用GFT+进行光束整形 >l']H*&B<  
};L ^w:  
b97w^ah4gJ  
+Vb8f["+-  
L{-LX=G^  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 saf&dd  
KLWn?`  
.B2]xfo"`  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 g4p  
)kXhtjOl|  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 o\b-_E5"?  
ia
@'%8  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： >Gml4vGK  
I#F!N6;  
8.AR.o  
=@&cHY  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd ElhRF{R  
 {^a36i  
结果：评估光束参数 "TyJP[/  
+ZMls [  
G2bDf-1ew  
 从生成的整形光束场分布，可以评估光束参数。 可以直接通过使用探测器界面实现。 t]jFo  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。 f5AjJYq1  
*a;@*  
JF&$t}
 
 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。 bV+(b9  
 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） v{zMO:3  
JxE53ev  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd Q/uwQo/  
e
}/Lk5q!  
光束质量优化 Q1d'~e  
. o7m!  
h,aAw#NE*  
 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。 Qd}m`YW-f$  
 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）。 #} ~qqJ G2  
c0B|F  
结果：光束质量优化 voP7"Dl[  
X[ q+619  
0sN.H=   
 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。 %~L>1ShtU  
eAv4FA4g  
MYJg8 '[j  
'o|30LzYgQ  
 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。） L^2FQti>  
*f&EoUk}F  
S5~VD?O,  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd f` =CpO*  
Gj"7s8(/K|  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 (?_S6HE  
/|#&px)G  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 { eCC$&"  
I2nF-JzD2a  
H 0+dV3  
 这意味着参数变化是的正态 R\o<7g-|  

j83p)ido  
=mA: ctu~v  
z<H~ItX,n  
)*4fzo  
 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。 /}Jj
 
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 *K> l*l(f]  
a=M\MZK>  
'F>'(XWWQ  
XGP6L0j  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run q_-7i  
_g1b{$  
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） ]-ZEWt6lsc  
311LC cRp  
w"R:\@ F  
aW>6NDq(  
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。 T&Lb<'f  
A.hd Kl  
总结 Cvn#=6V3  
jqPkc28  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 8\{^|y9-  
1.模拟 | WvUq  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 ^]{R.(#z  
2.研究 |V<h=D5W  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 _YcA+3ZL  
3.优化 jDQZQ NS  
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。 H54R8O$  
4.分析 2W4qBaG$=  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 Z!hafhcX  
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。 ABUSTf<  
sQMFpIrr  
参考文献 ! u:Weoz  
[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}8a.R3  
FJasS8  
进一步阅读 ]c! ;L5
 
$@UN4B?y  
进一步阅读 7)s^8+  
 获得入门视频 E9;|'Vy<E  
- 介绍光路图 \Gc+WpS(  
- 介绍参数运行 !Q#{o^{Y~  
 关于案例的文档 Nm|!#(L  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens ki85!k=Q2  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens ~8lwe*lNV  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing <:?r:fQX  
- BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair #5V9oKM  
9uGrk^<t  
=jN*P?  
QQ：2987619807