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光束传输系统（BDS.0005 v1.0） YOV4)P"  
p_qm}zp  
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 NS4'IR=;E!  
Va Yu%  
- (_e=3$  
),Ho(%T\  
简述案例 Tj21YK.mk  
3
U"')  
系统详情 Wt9iL  
 光源 RC{Z)M{~  
- 强象散VIS激光二极管 aZj
ef  
 元件 k5t^s  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） 04guud }  
- 具有高斯振幅调制的光阑 XyM(@6,'  
 探测器 ,0uo&/Y4L  
- 光线可视化（3D显示） r7"Au"  
- 波前差探测 `}~)1'(#/  
- 场分布和相位计算 |@Zq
wC=  
- 光束参数（M2值，发散角） ^jha:d  
 模拟/设计 g"]<J&  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 AuDR |;i  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： .D,?u"fk|  
 分析和优化整形光束质量 ]LBvYjMY  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 qE`:b0FT  
|5~wwL@LW7  
系统说明 dmaqXsU8q  
Q6.*"`  
}or2 $\>m  
模拟和设计结果 ,V33v<|wc  
1rv$?=Z  
数值探测器结果 P 0Efh?oZ  
x'2 ,sE  
}*.:Hv"  
nEd M_JPv  
P#[IUXtT  
总结 lj EB  
chO'Q+pw  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 'je8k7`VA  
1.模拟 ?..i4  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 eA1k)gjE  
2.评估 *f`s%&Y]s  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 *9dV/TT~f[  
3.优化 
x[PEn  
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:yB%:2  
4.分析 z[qdmx^  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 x/%7%_+'  
rT flk  
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。 _b0S  
/[Bl  
详述案例
56Sh  
p*pn@z  
系统参数 J[}gku?C;  
^V<J69ny|9  
案例的内容和目标 MUbhEau?  
wi\z>'R  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 uX<+hG.n
}  
:3a&Pb*PL  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 VLh%XoQx[  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 t
7|MkX1  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 9m\)\/V  
tLS<0  
模拟任务：反射光束整形设置 :%/\1$3P  
引入的反射光束整形装置是基于一个反射镜系统，此系统由两个抛物面圆柱反射镜镜与抛物面截面反射镜组成。焦点距离和镜子的位置取决于输入光束的发散角。 _kn]#^ucCe  
R=\v
3m  
n> MD\ZS  
6sYV7w,'@  
W[R]^2QAG  
Az9X#h.vf  
规格：像散激光光束 ulH0%`Fi  
gf0PMc3l  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 ?_VRfeztw  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 a?zR
8$t|  
j6n2dMRvSE  
h`?y2?O  
'"` Lv/  
D^,\cZbY  
H9%l?r5  
规格：柱形抛物面反射镜 tgO+*q5B  
                         T?H\&2CLT  
 有抛物面曲率的圆柱镜 n&_YYEHx  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 <9@&oN+T  
 曲率半径等于焦距的两倍 Z,0O/RFJ.q  
HG3.~ 6X  
3%XG@OgP  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） d4d\0[  
shM{Y9~O9&  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 UUl*f!&
o  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） 'oC$6l'rQ  
 离轴角决定了截切区域 HjV\lcK:v  
5\VxXiy0  
规格：参数概述（12° x 46°光束） >4Iv[ D1  
_kh>Z  
   d2ohW|  
dO+kPC  
光束整形装置的光路图 >RM 0=bO  
(.PmDBW  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 6yN" l Q7  
 因为离轴抛物面镜的位置是相对于它的焦点，那么到反射镜2的距离z必须是负的。 -<O JqB  
>/b^fAG  
反射光束整形系统的3D视图 LlU'
_}>  
BApa^j\?  
*7\W=-  
e d_m +NM  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。
8,=G1c  
 绿线表示生成的光轴，由VirtualLab的基础定位方法生成（仅仅设置了距离z和倾角）。 xYmdCf@H  
E\w+kAAf  
详述案例 Q5g,7ac8L  
<R>Q4&we(  
模拟和结果 77``8,  
_O$tuC%  
结果：3D系统光线扫描分析 ^,Xa IP+[  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 ?F1wh2oq  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 -=}b;Kf-  
7O:"~L  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd +hpSxdAz4  
\F[n`C"Is  
使用参数耦合来设置系统 THJ 3-Ug  
6?O}Q7G  
02,W~+d1  
自由参数： &%6NQWW  
 反射镜1后y方向的光束半径 Bn{)|&;  
 反射镜2后的光束半径 Hv3W{
|  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） 3#9uEDdE  
 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。 {ZG:M}ieN  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 =m~ruZ/  
>ZX|4U[$P  
W
;.{]x.0  
*y{+W   
)PwQ^||{  
4x(F&0  
><X $#  
自由参数： |Hfl&3  
 反射镜1后y方向的光束半径 !\ZcOk2  
 反射镜2后的光束半径 uNy!<u  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） 5.dl>,  
 基于光束发散角和直径（x和y方向）焦点，可以计算并设置反射镜的直径和距离z。 V7BsEw  
cg{Gc]'1#  
>zFD$  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 zMr&1*CDX  
@O'I)(To  
k
B V/rw  
结果：使用GFT+进行光束整形 [-Cu4mff  
$]1qbE+  
g**5z'7  
}Fm\+JOS   
hD*(AJ  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 T!(sZf  
8]HY. $E  
pD[pTMG@$  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 ^(DL+r,  
G~(&3  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 k1RV'  
{U^j&E  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： @C=m?7O98  
HJ",Sle  
e:BDQU  
a}dw9wU!:  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd a>w~FUm*  
)%t7\1)B3  
结果：评估光束参数 fq=:h\\G  
{l@WCR  
jI A#!4  
 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。 2 ZK%)vq0  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。 ~XKZXGw  
5/,Qz>QE[  
pjdo|  
 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。 @+E7w6>%  
 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） bM^7g  
AX K95eS  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd i(Vm!Y82  
5#2jq<D  
光束质量优化 _Z$?^gn  
NNmM#eB:4  
l|7O)  
 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。 14-]esSa  
 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）。 ##GY<\",;  
%jTw  
结果：光束质量优化 Fv A8T2-v  
e,"FnW  
w,/6B&|  
 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。 ;Yv14{T!  
M9DgO4xl  
pZjpc#*9N  
1
fRP1  
 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。） ,\x
$q'  
ntZ~m  
x9D/s`!  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd _@K YF)  
{[tZ.1.w  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 !=y Q)l2  
:X Lp  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 {Xv3:"E"O  
e5 3,Rqi)@  
e[8UH=`|  
 这意味着参数变化是的正态 O"iak  
-K^41W71  
+99Bi2H}o  
&(7$&Q  
B!uxs  
 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:nK)"{  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 8)?_{  
LQ>$>A(  
NNp}|a9  
lQ$+JX;n(y  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run A2BRbwr>  
yquAr$L!  
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） {=iyK/Uf  
#9,=Owup  
#j.FJFGX  
ayeCi8
  
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。 ?;RD u[eD  
=f `=@]  
总结 N iISJWk6'  
$Elkhe]O %  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 gwq`_/d}  
1.模拟 URQ@=W7  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 bRsc-Fz6  
2.研究 `x2,;h!:)N  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 /ao<A\KR  
3.优化 AK;^9b-}q:  
通过使用显示出高斯整形孔径函数和经典场追迹引擎来优化M2参数。 3.FR C  
4.分析 /GN4I!LA  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 L#!$hq9{_  
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。 Q1]Wo9j  
hIo0S8MOj$  
参考文献 \HD-vINV;  
[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). ])UwC-l  
8W$
L:{ez  
进一步阅读 K"
^cq~   
A_i zSzC1  
进一步阅读 70=(.[^+  
 获得入门视频 qK,V$l(4#  
- 介绍光路图 s>r ^r%uK  
- 介绍参数运行 H0+:XF\M  
 关于案例的文档 'e85s%ru  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens 6Hl<,(vn  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens Z
/c_kf[  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing `V@z&n0P6  
- BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair `yYvYc
 
#h{Nz/h+  
sJv`fjf%8  
QQ：2987619807