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光束传输系统（BDS.0005 v1.0） D%6
}x^`Qk  
?~cO\(TY["  
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 &%eM  

_qh\  
=5uhIU0O  
*z0
Rf;  
简述案例 fJe5 i6`(  
v?n# C  
系统详情 _,I~1"  
 光源 f 0~Z@\  
- 强象散VIS激光二极管 N x
^JC_  
 元件 ch0cFF^]  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） GoPMWbI7  
- 具有高斯振幅调制的光阑 [jEA|rd~}  
 探测器 >t.PU.OM  
- 光线可视化（3D显示） MJa`4[/  
- 波前差探测 o,xy'  
- 场分布和相位计算 _ozg=n2(  
- 光束参数（M2值，发散角） x@:98P  
 模拟/设计 tCGA3t  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 }r"E\~E  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： NGEE'4!i7T  
 分析和优化整形光束质量 m}2hIhD9  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 O"_QDl<ya  
|:u5R%  
系统说明 g;:3I\L  
TGjxy1A  
#G\-ftA&  
模拟和设计结果 ?zVcP=p@  
wzZ]| C(vp  
数值探测器结果 >:0N)Pj  
n*G!=lMji  
r]kks_!Z  
nhd.c2t\  
=c]We:I  
总结 TPY&O{q  

0/cgOP!^  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 !A14\  
1.模拟 Dhk$
e  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 ?Qts2kae#  
2.评估 (X (:h\^  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 Svs&?B\}{6  
3.优化 +LF=oM<  
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。 Eok8+7g0&  
4.分析 KCqz]  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 TaKCN  
w2U]RI\?2  
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。 a(h@4 x  
$0]5b{i]  
详述案例 8zwH^q[`r  
d Z+7S`{  
系统参数 B E#pHg  
U)3?&9H  
案例的内容和目标 a&`^M  
SO~pe$c-  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 4&6cDig7*2  
%
5BSXAc  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 5Iv"  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 ADMeOd
gca  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 %H}M[_f  
+^$;oG  
模拟任务：反射光束整形设置 nYj7r*e[  
引入的反射光束整形装置是基于一个反射镜系统，此系统由两个抛物面圆柱反射镜镜与抛物面截面反射镜组成。焦点距离和镜子的位置取决于输入光束的发散角。 475jmQ{q  
>(sS4_O7N  
&3*r-9BZ  
Kke _?/fT  
TNcMrbWA  
i-x/h-  
规格：像散激光光束 s2nZW pIy  
T$V8n_;  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 -3XnUGK  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 frWY8&W^H  
lI5>d(6p  
q?f-h<yRQ  
4U[X-AIY&  
#;"lBqxY`  
`Cu9y+t  
规格：柱形抛物面反射镜 ldG$hk'  
                         8#Y_]Z?)  
 有抛物面曲率的圆柱镜 pFwe&_u]  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 ;uuBX0B  
 曲率半径等于焦距的两倍 XK(aH~7xme  
n|PW^kOE/  
i2\CDYP  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） *#'&a(hB!  
CY)[{r  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 BkDq9>  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） N/E=-&E8  
 离轴角决定了截切区域 W'Qy4bl7C  
#;'*W$Wk2  
规格：参数概述（12° x 46°光束） b/=>'2f  
NV
`7VYU  
   u 0 K1n_  
1mx;b)4t  
光束整形装置的光路图 6V1 Z(K  
"3?:,$*  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 V_)465g  
 因为离轴抛物面镜的位置是相对于它的焦点，那么到反射镜2的距离z必须是负的。 9O:-q[K**  
K*"Fpx{M  
反射光束整形系统的3D视图 XJ3aaMh"  
VO*fC  
M5]$w]Ny9  
6x8lnXtA  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 Ude)$PAe%  
 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）。 @h7 i;Ok  
#YLI"/Kn  
详述案例 ?:RWHe.P  
l{_1`rC'  
模拟和结果 x ~@%+d  
(DTkK5/%  
结果：3D系统光线扫描分析 t%Y}JKLR  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 Uql7s:!,U  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 hQDl&A  
e\]CZ5hs3
 
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd E~,Wpl}  
jt&rOPL7  
使用参数耦合来设置系统 /6p7k  
8#a2 kR<b  
'S;l"  
自由参数： DQ_ pLXCC  
 反射镜1后y方向的光束半径 zMAlZ[DN  
 反射镜2后的光束半径 Fi#b0S  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量）
5U/C 0{6  
 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。 `VRt{p  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 UC"_#!3  
4)d#dy::\  
qBWt(jY  
==~ lc;  
@X#e  
lQer|?#  
6XGqZ!2  
自由参数： u[coWaPsZ  
 反射镜1后y方向的光束半径 .^uYr^(|[  
 反射镜2后的光束半径 eX{Tyd{  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） @*~cmf&FIQ  
 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。 &?yVLft  

gz"I=9  
0'^zIL#.  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 _gP-$&JC  
C)0JcM  

hj
Y)W;  
结果：使用GFT+进行光束整形 :8Jn?E (36  
Q 1e hW  
gA:N>w&<X  
EX,)MU  
w]VdIS  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 :jljM(\  
Klk[h  
O8WLulo  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 YW
)&IA2  
5y|/}D>  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 ;/.XAxkFL  
wr;8o*~  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： 9WsGoZPn  
EX^j^#N  
TZ%u;tBH:  
iKuSk~  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd bcZ s+FOPd  
BF>3CW7  
结果：评估光束参数 ^H UNq[sQ  
B*j AD2  
l*C(FPw4  
 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。 m>@ *-*8k  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。 (E(k
w="  
J^BC  
2kU=9W6ND  
 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。 {(!j6|jK  
 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） q!+m, !M  
H{3A6fb<  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd SB'$?Kh  
Gdf*x<T1  
光束质量优化 K\]e
y;Bd  
C~dD'Tq]  
<kr%ylhIu  
 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。 3mnq=.<(w  
 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）。 Q>}*l|Ci  
Ou<Vg\Mu  
结果：光束质量优化 J_^Ml)@iy  
O7z-4r  
F7zBm53  
 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。 71ctjU`U2  
K)C9)J<  
RvT
>{G~  
*@2?_b}A ^  
 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。） "##Ylq("  
/HmD/E\  
8s_'tw/{  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd J`8bh~7  
W\?_o@d  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 hw [G  
>1=sw qa  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 Gmi$Nl!~  
E|jbbCZy2  
;nbUbRb  
 这意味着参数变化是的正态 7VdG6`TDR  
,nELWzz%{  
> ^b6\  
W/m,qilQI  
x\
m !3  
 对于这个例子，假设每个反射镜都有±0.1°的角度偏差（绝对的方向）。 由于这个偏差，整形光束的波前差明显增加。
ytXXZ`  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 N| dwuBW  
vq~btc.p{&  
'K=n}}&:  
b{Kpfb
xcI  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run K 5SHt'P  
7Xu.z9y  
第一个随机公差的典型强度分布：（相应的均方根波前差：1.08λ，40.4λ，140λ） pbe" w=<  
x7=5 ;gf/X  
T
_O|gU  
Vb`m3  
由于波前差和因此校准的偏差更大，M2值明显增加。可以使用高斯孔径来减少。 XO*62>Ed  
"+2Hde1  
总结 !dVth)UV  
{
%K(O$H#  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 3sf+uoV  
1.模拟 :6 ?&L  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 +IiL(\ew  
2.研究 OYEL`!Q  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 *OT6)]|k  
3.优化 > !thxG/_  
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。 zice0({iJ  
4.分析 ei>8{v&g  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 xG05OqKpE  
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。 gu[3L  
&>I4-D[  
参考文献 g_\U-pzr  
[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). );*A$C9RA  
ON{
&-  
进一步阅读 er Cl@sq
 
Br2ZloJ@+  
进一步阅读 +j._NRXRH  
 获得入门视频 Q Fv"!Ql  
- 介绍光路图 1'dL8Y  
- 介绍参数运行 z}vgp\cuT  
 关于案例的文档 UC)-Fd  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens iol.RszlZ|  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens E4^zW_|xE  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing yp=(wcJ  
- BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair v*+.;60_
 
lS.*/u*5  
,4hQ#x  
QQ：2987619807