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光束传输系统（BDS.0005 v1.0）
h9kwyhd"  
MW|R)gt  
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 Ejj+%)n.  
`+!F#.  
G=PX'dS  
9`tSg!YOh  
简述案例 5;X r0f  
a FL;E  
系统详情 .'bhRQY  
 光源 C#TP1~6  
- 强象散VIS激光二极管 1ZY~qP+n+  
 元件 +!mEP>  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜）  {gb` %
J  
- 具有高斯振幅调制的光阑 R(f6uO!m  
 探测器 {a0yHy$H  
- 光线可视化（3D显示） \)i,`bz  
- 波前差探测 }H:wgy`  
- 场分布和相位计算 ) uTFId  
- 光束参数（M2值，发散角） Y=D\  
 模拟/设计 '7 t:.88  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 YySo%\
d  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： _&N}.y)+t  
 分析和优化整形光束质量 ;_#<a*f  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 G7%f| Y  
1 %8JMq\  
系统说明 JHa\"h  
@H$Sv   
p8j*m~4B  
模拟和设计结果 Hu+GN3`sx^  
r@EHn[w  
数值探测器结果  9XhcA  
#^{%jlmHxJ  
XTRF IY  
4UHviuOo8  
R>B6@|}?  
总结 g3f;JB  
<m~{60{  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 ]f>0P3O5&  
1.模拟 M(vX.kF  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 CA5T3J@vAQ  
2.评估 P!I Lji!  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 $b)t`r+  
3.优化 Ygc|9}  
利用一个具有高斯形状孔径函数的光阑和经典场追迹引擎来优化M2参数。 [I}z\3Z %  
4.分析 QD-`jV3  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 R6TT1Ka3c  
&+3RsIlW  
对于复杂的光束整形装置，特别是离轴系统，可以使用VirtualLab来进行高效的模拟和分析。模拟过程中，根据情况应用不同的模拟引擎。
v#?;PyeF  
@w;$M]o1  
详述案例 FKUo^F?z  
+J#8wh  
系统参数 ^6J*:(eM  
Ns]$+|  
案例的内容和目标 *c 9S.  
WF:4p]0~)  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 \/b[V3<"  
]Ljb&*IEj  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 ;*0nPhBw0>  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 eAStpG"*  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 Tv6y+l  
Yr>0Qg],  
模拟任务：反射光束整形设置 2A:&Cqo  
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。 _l+C0lQ
l=  
eL.WP`Lz  
)+ 'r-AF*  
t+K1ArQc  
HD& Cp  
`"hWbmQ  
规格：像散激光光束 R x(
yn  
!a25
cm5ys  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 {+GR/l\!#  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 yL),G*[p\}  
s6r(\L_Im  
'Lw8l `7  
([^#.x)hz  
3V7WIj<  
bI`JG:^b  
规格：柱形抛物面反射镜 \&~YFjB  
                         *Mb'y d/|  
 有抛物面曲率的圆柱镜 #eX
<=H]  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 ooBBg@  
 曲率半径等于焦距的两倍 6nREuT'k  
A3*(c3
  
&SNH1b#>E  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） G:y+yE4  
Sk)lT^by  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 29CzG0?B  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） 0Lb{HLT  
 离轴角决定了截切区域 c{ +bY.J  
7WUvO  
规格：参数概述（12° x 46°光束） z'Z[mrLq  
y?P`vHf  
   O&&_)  
E m^Dg9  
光束整形装置的光路图 |
)C*i  
TI\xCIH  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 OZd (~E  
 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。 gFrNk Uqp  
>]&Ow9-  
反射光束整形系统的3D视图 bC~I}^i\  
t%J1(H  
Lis>Qr  
bo(w$& VW  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 Jz3,vVfQ:  
 绿线表示生成的光轴，由VirtualLab的基础定位方法生成（仅仅设置了距离z和倾角）。 M] +.xo+A  
vU5}E\Ny  
详述案例 ;<thEWH;Y  
wW/q#kc  
模拟和结果 }S3 oX$  
^sFO[cYo  
结果：3D系统光线扫描分析 ipl,{  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 Gi#-TP\  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 V0#Ocq,  
k<Cb
I V  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd Hb::;[bm:  
Dte5g),R  
使用参数耦合来设置系统 ^Il*`&+?P  
Gk/cP`  
%?aq1 =B  
自由参数： >T c\~l  
 反射镜1后y方向的光束半径 j;7E+Yp  
 反射镜2后的光束半径 s@5~HyeI  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） B /w&Lo  
 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。 YYPJ(o\  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 m{?f,Q=u@  
yjMN>L'  
JAP(J~  
s,8zj<dUv  
;^0rY)&  
|FM*1Q[1  
9xhc:
@B1J  
自由参数： S4[#[w`=  
 反射镜1后y方向的光束半径 k4hk* 0Jq  
 反射镜2后的光束半径 3Jt# Mp  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） (_<,Oj#*S  
 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。 FMI1[|:;  
c.b| RM0;  
{jmy:e2  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 f7][#EL  
.RJMtmp  
6]d]0TW_  
结果：使用GFT+进行光束整形 3Jlap=]68S  
Rz|@BxB>n  
X!/Sk1  
h9CTcWGt  
!khEep}  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 u4w!SD  
Ez0zk9  
{srxc4R`  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 n=C"
pH#  
dXQC}JA  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 RR ^7/-  
*|Er;Thw  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： H~nZ=`P9&  
P/|1,Sk  
VZI!rFac  
J-,ocO  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd 1^X)vck  
)"6-7ii7(f  
结果：评估光束参数 '!8-/nlv1  
KNd<8{'.  
n+hL/aQ+  
 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。 3N|z^6`#  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。 ZIc.
MNq  
2~?E'  
%kV7 <:y  
 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。 9Pe$}N  
 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） ^PezV5(  
J;8d-R5  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd ;-kDJi  
dp'[I:X  
光束质量优化 ?\,^>4x?  
#o4tG  

ix4]^  
 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。 u"*DI=pwb  
 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）。 +jwHYfAK)  
pC>h"Hy  
结果：光束质量优化 1VlU'qY  
v#/Gxk9eX  
35e{{Gn)v  
 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。 ;VAyH('~  
SnmUh~`L~  
o25rKC=o  
!h7.xl OpN  
 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。） Gw$5<%sB  
>VkBQM-%  
X]D,kKasG  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd R8Vf6]s_  
pcwYgq#5  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 %8tE*3iUF  
> ]^'h  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 0zB[seyE  
O.(2  
tj[E!  
 这意味着参数变化是的正态 r.\L@Y<  

V)>?[  

ngl +`|u  
@i;)`k5b  
uwSSrT  
 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。 z m$Sw0#(  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 ^F+7<$2  
KZw~Ch}b9  
KddCR&  
"U-jZ5o"  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run CC`_e^~y=F  
bPU i44P  
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） lbBWOx/|  
w&aZ 97{  
QH9t |l  
_b~{/[s  
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。 #Or;"}P>fB  
)_=2lu3%{  
总结 nOGTeKjEJ  
Ptv'.<-  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 '%QCNO/  
1.模拟 <Kv$3y  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。
!B}9gT  
2.研究 {}$7Bp  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 6`e7|ilh6  
3.优化 Mz(Vf1pi%  
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。 QkdcW>:a7  
4.分析 WK>|IgK  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 Yg^ &4ZF  
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。 d}[cX9U/  
-SrZ^  
参考文献 ;mG*Rad  
[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). x?+w8jSR  
tbd=A]B-  
进一步阅读 $s/E}X  
=Xh)34q  
进一步阅读 @owneSD qN  
 获得入门视频 S%i^`_=Q  
- 介绍光路图 tNi>TkC}`  
- 介绍参数运行 >CqzC8JF  
 关于案例的文档 USz~l7Xs  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens ,RV qYh(-|  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens }aVZ\PDg  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing ,_Z(!| rW  
- BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair 5QMra5Nk  
s{Z)<n03  
'rcqy1-&  
QQ：2987619807