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光束传输系统（BDS.0005 v1.0） <ILi38%Y  
#q8/=,3EG  
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 ,? Q1JZPy@  
&+GbklUB~  
FV%|*JW[;N  
4+4&}8FH  
简述案例
,,-j5Y  
m*v@L4t(1  
系统详情 2SKtdiY  
 光源 3w! NTvp  
- 强象散VIS激光二极管 2(R{3E4.  
 元件 'Y/8gD~.  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） [ *
!0DW`  
- 具有高斯振幅调制的光阑 $=Tq<W*c  
 探测器 Zm#,Ike?#  
- 光线可视化（3D显示） |^#Z!Hp_Y  
- 波前差探测 8_3WCbe/  
- 场分布和相位计算 NSQ)lSW,;  
- 光束参数（M2值，发散角） z0T6a15f!P  
 模拟/设计 s*vtCdrE.  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 Q|f)Awe$  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： (>dL  
 分析和优化整形光束质量 ~)5k%?.  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 %@%~<U)W  
ca%XA|_J  
系统说明 o^u}(wZ{  
O\
w-hk  
(R!.=95@  
模拟和设计结果 =BzBM`
-o  
+@<@x4yt  
数值探测器结果 "rw'mogRL  
)(yKm/50  
`Vh&XH\S  
p(A[ah_  
r6kQMFA  
总结 2-:`lrVd  
W;8}`k  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 5gwEr170  
1.模拟 M2nZ,I=l  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 :Y)G-:S+  
2.评估 ={~A} X01  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 ~%sNPKjA  
3.优化 wT:mfS09N  
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。 C3; d.KlV  
4.分析 1["IT.,f.  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 fjS#  
5~"m$/yE  
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。 dVBr-+  
G)%r|meKGB  
详述案例 $oZ
V 54  
Tg v]30F)  
系统参数 x%RE3J-  
Ft8ii|-  
案例的内容和目标 > Cx;h=  
S#|5&SR  
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|rf[EI>  
'zQp64]F  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。
+VHoYEW  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 _u;34H&/  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 0f,Ii_k bT  
do@BJWo  
模拟任务：反射光束整形设置 qox@_  
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。 HE3x0H}o>  
%X(|Z4dL  
0j[%L!hny  
It8@Cp.dU  
AHTQF#U^  
/^Zgv-n  
规格：像散激光光束 L%4Do*V&  
PL
7_j  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 y;tX`5(fe  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 >\ PNKpn{  
g=kuM  
,in"8aT}~  
m H&WoL<K  
50`<[w<J q  
Evq^c5n>{  
规格：柱形抛物面反射镜 $:*/^)L  
                         N x/_+JWje  
 有抛物面曲率的圆柱镜 9'h4QF+Y  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 zY\MzhkX,  
 曲率半径等于焦距的两倍 %;YERO!  
P!lTK
  
|?<r  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） <>[]-Vq  
bOdyrynh  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 O`='8'6zW\  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） m#t  
 离轴角决定了截切区域 r`d.Wy Zj  
@m ?&7{y#?  
规格：参数概述（12° x 46°光束） AO^c=^  
"z ;ky8  
   SR&'38UCe  
m*H6\on:  
光束整形装置的光路图 t+O7dZt%r  
e{`Dv
fY21  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 7Dwf0Re`  
 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。 |%7OI#t^  
9y5nG  
反射光束整形系统的3D视图 ^[-3qi  
J
l9w/T  
/? HLEX  
1N\-Ku  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 *61G<I  
 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）。 ^1w*$5YI  
D*o[a#2_  
详述案例 *heX[D &>)  
'Lv>!s 7  
模拟和结果 gjhW
oZV  
_.$g?E/(  
结果：3D系统光线扫描分析 k6W [//  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 rD SUhO{V  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 Xu#K<#V  
A]"IQ-  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd dEM=U;  
$4*k=+wS  
使用参数耦合来设置系统 t(?tPt4zp  
\Dn an5H/  
dzwto;  
自由参数： K=X13As_  
 反射镜1后y方向的光束半径 m;"dLUb  
 反射镜2后的光束半径 gay6dj^  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） M4(`o^
n  
 由于功能原理，所有系统参数（距离，焦距，直径）可以由光束参数分析计算。 tc
U4$%H/  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 +~]LvZtI_  
^zVBS7`J  
#-Nc1+gu  

CNF3".a  
4w-P%-4  
nXnO]wXC  
~g[<A?0=y  
自由参数： Y>: e4Q  
 反射镜1后y方向的光束半径 p[lciWEW  
 反射镜2后的光束半径 `jyBF  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） rq>OmMQ67  
 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。 *ioVLt,:R  
Jv9yy~  
WGrG#Kw[
 
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 SvD^'( x  
-YHyJs-bU  
~)&im.Q4  
结果：使用GFT+进行光束整形 juc;]CHt'  
*yxn*B_xZ  
%1oG<s  
e+=P)Zp/  
^|0>&sTHOH  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 jvfQG:F }  
R7xEE7p
 
*nh.&Mv|  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 RY]Vo8  
t*'U|K4L/  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 R8<'m
 
XY1eeB-  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： v{dvB:KP5X  
BE]PM nI  
[nnX,;  
;jgJI~3l  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd "dO>P*k,  
z1u1%FwOfM  
结果：评估光束参数 f^63<gqY  
P,@ :?6  
Htu}M8/4  
 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。 .:)nG(7f<  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。 s,|s;w*.  
x.OCE`  
BRg(h3 ED  
 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。 Z7t-{s64  
 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） aJi0!6oy  
gZD,#D.hR  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd m"CsJ'\ors  
_PR><L_  
光束质量优化 <!r0[bKz@  
LT ZoO9O  
`>mT/Rmb@  
 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。 1hQeuG  
 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）。 zsZP\  
*&VqAc%qD  
结果：光束质量优化 UFox
v)  
(IY=x{b  
M!e$h?vB  
 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。 s28rj6q  
>pV|c\  
X_0Ta_u?T  
,,-g*[/3  
 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。） ATb[/=hP<R  
(gn)<JJS}  
!h "6h  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd Jn>6y:s  

0WjPo  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 %j3*j  
;P{HePs=)  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 .Y"H{|]Mnh  
)Bq~1M 2  
IC6}s  
 这意味着参数变化是的正态 UaQR0,#0y  
-m.SN>V  
]ctlK'.  
6] ~g*]T  
RU1+-  
 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。 Y GZX}-  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 W\tSXM-Hg  

5+gSpg]i  
x[,HK{U|t  
cG"+n@\  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run V*m@Rs!)2  
nzdJ*C  
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） ?y\gjC6CNG  
nbpGxUF`]  
k8}*b&+{vz  
y3 R+060\3  
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。 F|3 =Cl  
uH}cvshv  
总结 1HF=,K+  
?~;8Y=O  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 .7ZV:m  
1.模拟 =c-,uW11[  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 *)V1Sd#m  
2.研究  vj+x
(  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 <4gT8kQ$x  
3.优化 V0,%g+.^  
通过使用显示出高斯整形孔径函数和经典场追迹引擎来优化M2参数。 wX_s./#JJ  
4.分析 @c<*l+Qc  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 Pw^lp'dO  
可以使用VirtualLab Fusion非常有效地模拟和分析复杂的光束整形装置，尤其是离轴系统。为此，根据情况应用不同的模拟引擎。 ZE())W"  
36<PI'l#~  
参考文献 E6{|zF/3'  
[1]M. Serkan, H. Kirkici, and H. Cetinkaya, “Off-axis mirror based optical system design for circularization, collimation, and expansion of elliptical laser beams”, Appl. Optics 46, No. 22, 5489-5499 (2007). Sc!{ o!9\  
A{5^A)$  
进一步阅读 poqcoSL"}  
Xgge_`T9  
进一步阅读 Q)\~=/Lb  
 获得入门视频 p*T`fOL  
- 介绍光路图 io[$QTY  
- 介绍参数运行 r*|#*"K"a  
 关于案例的文档 cax]lO  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens ".9b}}  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens { XN"L3A  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing e5!LbsJv  
- BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair ):@XMECa  
#Z'r;YOzs  
nQ/R,+6h  
QQ：2987619807