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光束传输系统（BDS.0005 v1.0） c8JW]A`9b)  
f=R+]XPzz  
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 D@*<O=_D(  
!ou#g5Q@z  
\BXzmok  
CG=c@-"n/  
简述案例 TD}<U8I8_  
H,X|-B  
系统详情 d-UeItyW*  
 光源 w#9KtW,tt  
- 强象散VIS激光二极管 PWpt\g  
 元件 .w.:o2L  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） =79R;|5  
- 具有高斯振幅调制的光阑 |0y#} |/  
 探测器 ==5F[UX  
- 光线可视化（3D显示） {G:y?q'z  
- 波前差探测 NFs5XpZ~  
- 场分布和相位计算 .9qK88fUR  
- 光束参数（M2值，发散角） }#O!GG{  
 模拟/设计 %x$U(I}  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 -[V-f> :  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： pFd8p@m_2  
 分析和优化整形光束质量 hJ'H@L7  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 JF
.Lo;  
B;1qy[  
系统说明 7w/IHML  
;hX(/T  
H
,!xTy"Wh  
模拟和设计结果 7z{w
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Dsg>~J'  
数值探测器结果 }~XWtWbd-  

z*eBjHbF  
&N|$G8\CY  
$RaN@& Wm  
@^W`Yg)C  
总结 i<m(neX[H  
FRBu8WW0L  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 N6Ud(8*  
1.模拟 KQdIG9O+6  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 ^/2I)y]W0  
2.评估 $<^t][{  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 t;&XIG~  
3.优化 &_ekA44E  
利用一个具有高斯形状孔径函数的光阑和经典场追迹引擎来优化M2参数。 aLJm%uW6m&  
4.分析 x *eU~e_jP  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 7;"0:eX  
u/zBz*zh  
对于复杂的光束整形装置，特别是离轴系统，可以使用VirtualLab来进行高效的模拟和分析。模拟过程中，根据情况应用不同的模拟引擎。 ,kN;d}bg  
_IYaMo.n  
详述案例 ~&?bU]F  
%qP[+N&  
系统参数 ^OR0Vp>L  
}htjT/Nm  
案例的内容和目标 QHEtG2  
BX,)G HE  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 yB*,)x0 @  
)+E[M!34  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 6o3 bq|  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 La26"C"X  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 ~GaGDS\V  
ly[LF1t  
模拟任务：反射光束整形设置 4q$~3C[  
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。 /Rp]"S vt  
D6sw"V#  
vJkc/7  
U@lc1#  
?9b9{c'an  
R?2sbK4Cz  
规格：像散激光光束 @fL ^I&++  
ou|emAV  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 %\As  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 --$o$EP`  
z*y!Ml1  
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US6_5>/  
THA9OXP  
90}{4&C.^  
规格：柱形抛物面反射镜 K~x,so  
                         8!g `bC#%  
 有抛物面曲率的圆柱镜 ^S9y7b^;r  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 VSj!Gm0LB  
 曲率半径等于焦距的两倍 KaGUpHw  
/'O8RUjN  
XX;4A  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） Tt[zSlIMx  
h$>F}n j  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 [}X|&`'i  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） <_tmkLeZf  
 离轴角决定了截切区域 X>%nzY]m  
-wlj;U  
规格：参数概述（12° x 46°光束） l?Y^3x}j  
J( }2Ua_  
   wN2+3LY{  
+Qs]8*^?;  
光束整形装置的光路图 1C[9}}  
'nJF:+30ZH  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 CU$khz"  
 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。 OfsP5*
d  
]m]`J|%i  
反射光束整形系统的3D视图 :fRXLe1=  
T?9D?u?]  
Er~17$b  
B( [x8A]  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 Urj*V0^  
 绿线表示生成的光轴，由VirtualLab的基础定位方法生成（仅仅设置了距离z和倾角）。 x^eu[olN  
I8F+Z  
详述案例 NGra/s,9|  
A
'qe2]  
模拟和结果 gmTBT#{6yH  
}ze+ tf  
结果：3D系统光线扫描分析 U%{GLO   
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 \?bV\/GBR  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 (Guzj*12  
2FcL-?  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd p<R:[rz  
Hg+<GML  
使用参数耦合来设置系统 mDD.D3RS  
~KK9aV{  
V>$( N/1  
自由参数： F[qXIL)  
 反射镜1后y方向的光束半径 5'lVh/  
 反射镜2后的光束半径 S"Al[{  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） iT@`dEZ.  
 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。 CjdM*#9lW  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 tMr7d  
?7{U=1gb$  
|5@Ra@0  
h!"2Ux3!x  
A`c22Ls]  
~C-Sr@ a?/  
6)HmE[[F  
自由参数： S :HOlJze  
 反射镜1后y方向的光束半径 01bCP  
 反射镜2后的光束半径 ,CE/o7.FG  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） *MJm:  
 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。 g/?Vl2W  
_S!^=9bJ  
}"Y<<e<z:  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 _h%Jf{nu  
.Xg.,kW  
HC0juT OiO  
结果：使用GFT+进行光束整形 (qcFGM22U  
zI88IM7/  
J_s`G  
UG1<Xfu|  
z*3b2nV  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 2w>%-_]u+  
Khq\@`RaT  
s|YH_1r  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 qLR;:$]Q&8  
 ^`H'LD  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 wl=tN{R  
]aN9mT N  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： eA
HY/Y!  
g 2Fg  
$-_" SWG.  
)1<0c@g=  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd )! [B(  
goM;Pf "<  
结果：评估光束参数 B<W}:>3  
~tUZQ5"  
b1xE;0uR  
 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 Cuvb  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。 *h^->+0n  
&oL"AJU  
y"?`MzcJ0  
 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。 G<Z}G8FW^  
 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） hV3]1E21"  
D5zc{) /  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd

k-$Acv(  
e\)%<G5  
光束质量优化 Aez2n(yac  
[*%lm9 x  
T! }G51  
 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。 <Qq {&,Le  
 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）。 )Rr6@o  
#rHMf%0  
结果：光束质量优化 ~B<\#oO  
v}>g* @  
DksYKv  
 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。 g5BL"Dn  
[[T7s(3  
oKGH|iVEe  
r$<!?Z  
 然而，光束半径是略有减少。（光束半径显示在最后一张幻灯片是由于其偏离了理想高斯。） |:)Bo<8  
iBE|6+g~Cj  
J~x]~}V&  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd fb f&bJT  
R6~6b&-8  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 :GvC#2p  
'[ c-$X2Ak  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 RqROl!6  
^%oH LsY9  
e`Yj}i*bx]  
 这意味着参数变化是的正态 eKP>}`  
P, x"![6  
Zl_sbIY  
~#gc{C@  
'[r:pwE  
 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。 _d!sSyk`  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 U& GPe
de  
8hV]t'/;  
U/c+j{=~  
|@d(2f8  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run X&Oo[Z  
03?ADjO  
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） :M6|V_Yp  
h`Jc%6o  
(R=ZI  
7Kym|Zg  
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。 GS*O{u  
s?<FS@k  
总结 %g*nd#wG  
"]^U(m>f  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 Tw\@]fw  
1.模拟 l|842N@1  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 u%L6@M2  
2.研究 A._CCou  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 J^t0M\  
3.优化 Fpo}UQQbc  
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。 v~RxtTu  
4.分析 QAI=nrlp  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 DN9x<
%/-  
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。 VK4UhN2  
,%Pn.E* r;  
参考文献 :WH{wm|  
[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). [1~3\-Y  
}P=FMme{F(  
进一步阅读 D~qi6@
Ga  
z:UkMn[  
进一步阅读 C\rT'!Uk\Q  
 获得入门视频 C&F% j.<  
- 介绍光路图 Q3r]T.].h  
- 介绍参数运行 4Zjd g`  
 关于案例的文档 "-fyX!  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens [p\xk{7Y  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens Jv(E'"H  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing i Q3wi  
- BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair 0?R$>=u  
Uq=Rz8hLM  
qZQm*q(jM  
QQ：2987619807