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光束传输系统（BDS.0005 v1.0） [Z/P[370  
]xvhUv!G  
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 s&ox%L4  
v>K|hH  
L?u{vX  
&k)+]r  
简述案例 Ia](CN*;6  
DH\Ox>b=  
系统详情 %t_'rv  
 光源 i-0 :Fs  
- 强象散VIS激光二极管 TgV-U  
 元件 A
&1EOQ=N  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） EO+Ix7w  
- 具有高斯振幅调制的光阑 FiQ&g*=|  
 探测器 %GjG.11V,_  
- 光线可视化（3D显示） f
AStM:  
- 波前差探测 iOa<=  
- 场分布和相位计算 9*iVv)jd  
- 光束参数（M2值，发散角） VT>-*  
 模拟/设计 X{xkXg8h  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 E7h@c>I
K  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： 51s\)d%l  
 分析和优化整形光束质量 qX5]\nX&G  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 (1S9+H>g  
* g+v*q X  
系统说明 ;woK96"{t  
W9gQho%9b  
gm]q<~eMW  
模拟和设计结果 L' _%zO  
A["6dbvv  
数值探测器结果 XKp(31])  
@I Y<i5(  
u@Gum|_=N
 
71Q`B#t0'Z  
5D3&E_S  
总结 XH0{|#hwN  
fC^d@4ha  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 aU +uPP  
1.模拟 hTAc}'^$  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 ;N!n06S3  
2.评估 hDJ+Rk@  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 .nr%c*JUp  
3.优化 3|e~YmZx  
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。 !U5Cwq  
4.分析 BB,-HhYT0  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 78T;b7!-C  
aG"  
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。 pkIQ,W{Ke  
8oHIXnK  
详述案例 ]%7m+-h@  
vRmzj
d~  
系统参数 8f?o?c|  
ZnbpIJ8cV  
案例的内容和目标 L(y~ ,Kc  
K:4G(?w  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 ctgH/SU  
|[V6R\l39  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 8/"uS;yP  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 *}r6V"pH~  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 y}QqS/  
50S*_4R  
模拟任务：反射光束整形设置 ,=ju^_^sA  
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。 @ bvWqMa  
dZ,7q_r,~  
^*NOG\BK@  
q<g!bW%  
<1V>0[[e  
>]bS"S  
规格：像散激光光束 @$ )C pg  
5',b~Pp  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 CwEb ?  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 sGM
nm  
)A;jBfr  
^3&-!<*  
Df$Yn  
)6he;+  

n 8|  
规格：柱形抛物面反射镜 k"`^vV[{F  
                         n<[H!4  
 有抛物面曲率的圆柱镜 +zFEx%3^  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 G|$n,X1O(  
 曲率半径等于焦距的两倍 T6,6lll  
>&qaT*_g  
xl,?Hh%#  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） Zvz}Z8jW  
}Oy/F  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 F.R0c@&W  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） L!W5H2Mc  
 离轴角决定了截切区域 X`}4=>  
(5^SL Y  
规格：参数概述（12° x 46°光束） cmLI!"RLe  
SQ`ec95',  
   CYk"  
}Tk*?tYt  
光束整形装置的光路图 YP}r15P  
Ef6LBNWY.  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 /%^^hr  
 因为离轴抛物面镜的位置是相对于它的焦点，那么到反射镜2的距离z必须是负的。 LTio^uH  
m3b?f B  
反射光束整形系统的3D视图 B\7 80p<  
h6gtO$A|p=  
=hKu85  
5NYYrA8,^  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 )0@&pEObm  
 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）。 .$-%rU:*}  
(<5&<JC{  
详述案例 }KL( -Ui$  
*&yt;|y  
模拟和结果 &uv7`VT  
QcDtZg\  
结果：3D系统光线扫描分析 WPNvZg9*c  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 ^cYt4NHXn  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 `lq[6[n  
X=b]Whuv  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd u*H V  
c:z<8#A}  
使用参数耦合来设置系统 *}`D2_uP  
QW"BGg~6c  
J|I&{  
自由参数： $P~Tt4068  
 反射镜1后y方向的光束半径 umj5M5oe3  
 反射镜2后的光束半径 h7W<$\P  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） |h1Y3  
 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。 +aIy':P  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。
mMV-IL  
8Ow0A  
l7=WO#Pb  
< {dV=  
;*EPAC+  
&8wluOs/5  
n*fsdo~  
自由参数： oT27BK26?h  
 反射镜1后y方向的光束半径 d#G H4+C  
 反射镜2后的光束半径 rY&Y58./  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） s;-%Dfn  
 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。 |#!P!p}  
7Cj6Kw5k  
#>\+6W17U  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 ,t_Fo-i7vI  
%phv<AW  
KFMEY\6\h  
结果：使用GFT+进行光束整形 A `n:q;my  
O(QJiS  
m2$Qp{C6H  
{n>W8sN<  
UN*XLHio  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 j8eb
Vq  
*b0f)y3RV  
d4zqLD$A  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 wmr8[n&c  
_~E&?zR2>"  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 Lcyj,R  
\hwz;V.J"  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： %,M(-G5j;  
77ID 82  
7o]p0iLej  
c}>p"  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd _=eeZ4f  
#E( n  
结果：评估光束参数 M _
z-~G  
)cy_d!  
D 4\T`j:  
 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。 a~F`{(Q2  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。 A;A>Q`JJF  
M
6J/S  
"sf]I[a  
 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。 ,4wZ/r> d  
 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） jci'q=Vpu  
jpCQ2XD:  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd Sgt@G=_o  
Px)/`'D  
光束质量优化 3Yd
)Fm  
>aZ$x/U+Iw  
huau(s0um  
 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。 f}'E|:Z 7k  
 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）。 04wmN  
J!:ss  
结果：光束质量优化 l%^'K%'b  
S/ Y1NH  
%HJ_0qg  
 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。 F:CqB|  
&zF1&J58z  
.TURS  
@])q
w_  
 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。） oh5fNx  
{qm(Z+wcmb  
^L;`F  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd bqMoO7&c  
^6~CA
 
反射镜方向的蒙特卡洛公差 ^AUmIyf_  
m(Cn'@i`"0  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 dOFxzk,g&R  
A}b<Lg  
SLc6]?  
 这意味着参数变化是的正态 ~mtL\!vaM  
xOjCF&W  
D'>yu"  
MdWT[  
h!f7/)|[o  
 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。 :_tsS)Q2m  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 5vL]Y)l  
{O
6f1LuH  
:Q\b$=,:  
w$7*za2  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run 4b8!LzKS  
n2R{$^JxO  
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） Frt_X%  
GCx]VN3&  
oSt-w{!  
i+&*
W{Re  
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。 YSt']  
DY6wp@A  
总结 Od'!v&  
0 )#5_-%  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 /r|^Dc Nx  
1.模拟 un[Z$moN"  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 +E QRNbA  
2.研究 _EOQ*K#=Ct  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 DL2gui3  
3.优化 2-u>=r0L  
通过使用显示出高斯整形孔径函数和经典场追迹引擎来优化M2参数。 5-}4jwk  
4.分析 E'e#axF;  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 ^zQ;8)ng  
可以使用VirtualLab Fusion非常有效地模拟和分析复杂的光束整形装置，尤其是离轴系统。为此，根据情况应用不同的模拟引擎。 v[ru }/4  
@3{'!#/  
参考文献 J;+iW*E:  
[1]M. Serkan, H. Kirkici, and H. Cetinkaya, “Off-axis mirror based optical system design for circularization, collimation, and expansion of elliptical laser beams”, Appl. Optics 46, No. 22, 5489-5499 (2007). dKw*L|5  
>(u=/pp=:  
进一步阅读 MZE8Cvq0  
Fy<dk}@  
进一步阅读 =_8  
 获得入门视频 :a3Pnq$]E  
- 介绍光路图 JcZs\ fl9  
- 介绍参数运行 j%b/1@I  
 关于案例的文档 @q2Yka  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens ZYrXav<  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens rU5gQq
;  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing B[Uvj~g  
- BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair F`U%xn,  
^l ~i>:V  
T<DQi  
QQ：2987619807