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光束传输系统（BDS.0005 v1.0） i&k7-<  
6,uX,X5  
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 |M_UQQAB|  
{^'HL  
h1{3njdr  
fQ98(+6  
简述案例 -F92-jBM4  
Q &t<Y^B  
系统详情 ap~^Ty<>  
 光源 v@Ox:wl>  
- 强象散VIS激光二极管 1sCR4L:+  
 元件 y?0nI<}}HK  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） &0f,~ /%Z  
- 具有高斯振幅调制的光阑 v3qA":(w+(  
 探测器 80;(Gt@<"  
- 光线可视化（3D显示） &OBkevg  
- 波前差探测 T>GM%^h,7-  
- 场分布和相位计算 ZC}QId  
- 光束参数（M2值，发散角） fAmz4  
 模拟/设计 #[a*rD%m  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 kW (B
kuc)  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： EzIGz[
 
 分析和优化整形光束质量 VD:/PL  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 2"5v[,$1H  
ty`DJO=Omj  
系统说明 g1o8._f.  
sC;+F*0g  
03(4 x'z  
模拟和设计结果 N[yy M'C  
:aQt
;C6Z>  
数值探测器结果 UDni]P!E  
km40qO@3  
ERt{H3eCcJ  
E!#WnSpnK  
]tDDq=+v  
总结 Faf&U%]*`  
)WoxMmz  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 +{UcspqM  
1.模拟 rD>f|kA?L  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 hzRYec(  
2.评估 7=DdrG<  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 `g})|Gx  
3.优化
m_l[MG\  
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。 2|bn(QYz  
4.分析 QwJyY{O`  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 ${)b[22":  
L^Fy#p
 
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。 3t6LT  
F:l%O#V  
详述案例 MxGW(p  
]d%8k}U  
系统参数 7`YEH2  
=>dGL|  
案例的内容和目标 $pudoAO  
:\}(& >  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 A={UL  
~WN:DXn  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 TW>WHCAm  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 M|[oaanY'  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 D1mfm.9_r^  
^Q^_?~h*!  
模拟任务：反射光束整形设置 _{Hj^}+$  
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。 Rx|;=-8zg  
evJ.<{M  
kE(mVyLQ  
O,A{3DAe0  
27< Enq]  
/^
|Dbx!u  
规格：像散激光光束 ^<-+
@v*  
7`hP?a=  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 AnvRxb.e  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 \_6/vZ%-B  
dw7$Vh0y  
C\/L v.  
BI}Cg{^km  
tlt*fH$.  
j9OG\m  
规格：柱形抛物面反射镜 .k \@zQ|Ta  
                         @{pLk4E  
 有抛物面曲率的圆柱镜 -\n@%$M]G  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 M {Q;:  
 曲率半径等于焦距的两倍 t>B;w14  
$"&{aa  
7 ^mL_SMj  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） P_p<`sC9  
g2/8~cn8z  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 #`X?=/q  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） \K<QmK  
 离轴角决定了截切区域 XNu^`Ha  
78%~N`x7  
规格：参数概述（12° x 46°光束） yqiq,=OvP  
*GN# r11d  
   *``JamnSO  
5j-YM  
光束整形装置的光路图 N<KS(@v y  
R#8L\1l  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 *%t^;&x?  
 因为离轴抛物面镜的位置是相对于它的焦点，那么到反射镜2的距离z必须是负的。 3K/MvNI>  
JO"<{ngsQ  
反射光束整形系统的3D视图 B[?CbU  
@<]Ekkg  
'1)$'
 
{Z5nGG  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 \K]0JH  
 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）。 [o5Hl^  
; XN{x  
详述案例 ""QP%  
%(G* ,  
模拟和结果 GU8sO@S5#  
WYYa/,{9.  
结果：3D系统光线扫描分析 "djw>|,N<  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 P&e\)Z|  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 n%s]30Xs  
:s6o"VkW  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd JOLaP@IPT  
5K?IDt7A]  
使用参数耦合来设置系统 =j*$ |X3W  
Gvqxi|  
K$_0`>[  
自由参数： BC<^a )D=  
 反射镜1后y方向的光束半径 B[-v[K2  
 反射镜2后的光束半径 :|8M`18lZ  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） J9iy  
 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。 
K_ ~"}  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 {_Rr 6  
-f>%+<k=  
o;R2p $  
JU5C}%Q6  
Nyj( 0W  
Mz~D#6=  
Fv<F}h?6  
自由参数： bPt!
yI:  
 反射镜1后y方向的光束半径 1gy.8i  
 反射镜2后的光束半径 aAMVsE{  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） bNNr]h8y-  
 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。 4'A!; ]:  
ssxzC4m  
}$Tl ?BRpU  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 {I#]@,  
Q;JM$a?5iV  
PFne+T!2F  
结果：使用GFT+进行光束整形 /M4{Wc  
cH?B[S
;]  
b8SHg^}  
!F1N~6f  
|O9O )o  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 q$tUH)0  
'*w00  
EYEnN  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 ~W+kiTsD?  
/%TI??PGu  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 FZ,#0ZYJGP  
>kp?vK;'B  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： (ECnMti+  
;n=.>s*XL'  
C3],n  
$5<#n@  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd @jSYB+D  
R:k5QD9/&p  
结果：评估光束参数 SO(NVJh  
1Z
~)RJ<D  
DN~nk  
 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。 a8iQ4 
 
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。 <_tT<5'[$u  
Md2>3-  
4.=3M  
 整形光束在x和y方向上显示了一个几乎相同的半径。 发散角大约是4urad。 )V6Hl@v  
 M2值明显高于1。（与理想高斯光束相比，高M2值是由光束偏离引起的） s<_)$}  
tEKmy7'#  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd U\;6mK)M^J  
ahOMCZF|  
光束质量优化 WDPb!-VT  
L=8<B=QT$  
O6/f5  
 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。 Vz~nT  
 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）。  4/1d&Sg  
xScLVt<\e  
结果：光束质量优化 a]/>ra5{  
%i-c0|,T4  
&<J[Q%2  
 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。 ~ga`\%J  
Hp|_6hO 2  
i9A+
gtd  
aL%AQB,  
 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。） M|qteo  
6&l+0dq  
i2(1ki/|O  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd ;YX4:OBqr  
); dT_  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 .CU5}Tv-  
R_7 d@FQ1  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 (B_\TdQ  
G *;a^]-  
"WK{ >T  
 这意味着参数变化是的正态 ?1$fJ3  
z3M6V}s4  
rKf-+6Na  
JJ'.((  
l
0c
A6b  
 对于这个例子，假设每个反射镜都有±0.1°的角度偏差（绝对的方向）。 由于这个偏差，整形光束的波前差明显增加。 [tA;l+Q\&  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 [P7N{l=I  
<-S%kA8  
cwWodPNm  
R>"OXFaE  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run !PJ6%"  
5qoSEI-m  
第一个随机公差的典型强度分布：（相应的均方根波前差：1.08λ，40.4λ，140λ） Zxbq  
WRDjh7~Efn  
meks RcF  
-'BA{#e}L  
由于波前差和因此校准的偏差更大，M2值明显增加。可以使用高斯孔径来减少。 FR!? #!  
u[/m
|z  
总结 MR<;i2p  
Ej>g.vp8I  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 lB
FMwJU)  
1.模拟 z`FCs,?K  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 Gz[fG  
2.研究 x61U[/r  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 'n$%Ls}S  
3.优化 ?Cg>h  
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。 wz.6du6-  
4.分析 Zg`Mz _?  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 IGFR4+  
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。 ^:* 1d \  
(B-43!C  
参考文献 15o?{=b[  
[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). Ox'/`Mppw  
%ck]S!}6  
进一步阅读 OdY=z!Fls  
g HbxgeL  
进一步阅读 fpN- o  
 获得入门视频 (%o2jroQ#  
- 介绍光路图 R% ,<\d7  
- 介绍参数运行 F]t(%{#W  
 关于案例的文档 ]t
*[%4  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens ,b;{emX h  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens XNb ZNaAd  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing Kmv+1T0,  
- BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair g{9+O7q  
b-*3 2Y%  
dwv6;x  
QQ：2987619807