光束传输
系统（BDS.0005 v1.0）
T/l1qcf`wT 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
oZN'H T K*Ks"Vx zT[6eZ8m 简述案例
NLyXBV[hV wC`;f5- > 系统详情
^2 S# Uk
光源 KxIyc7. - 强象散VIS激光二极管
AOb]q c 元件
:U'Co r
H - 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜）
/:Lu_)5 - 具有高斯振幅调制的光阑
Q9c)k{QZ 探测器
/7/0x ./{ -
光线可视化（3D显示）
O("Uq../3 - 波前差探测
O)]v;9oER - 场分布和相位计算
BMFF= - 光束
参数（M2值，发散角）
<{Q'&T 模拟/设计
<41ZZ0<EwY - 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算
`)K y0&? - 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）：
63 2bN=> 分析和
优化整形光束质量
Zb_apjg[4 元件方向的蒙特卡洛公差分析
<+v{GF #R fThgK;Qy'U 系统说明
w 5,Mb -Q"hZ 9 
},@``&e 模拟和设计结果
W\ cjd d 2S ~R ! 
)OP){ / 场（强度）分布 优化后
数值探测器结果
28I^$> [ l dqLM 
n V&cC 
wTc)S6%7 ny*i+4Mb 总结
$B (kZ F< |t\KOW 实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。
n3KI+I%nQ 1.模拟
#7G*GbKY 使用光线追迹验证反射光束整形装置。
=9wy/c$ 2.评估
vB0RKk}d5 应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。
[?0d~Q(R# 3.优化
0~Gle: 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。
5's~>up& 4.分析
EGVM)ur 通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。
A8r^)QJP{ H t(n%;< 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。
3Q^fVn$tk GVGlV Ao|@ 详述案例
9+=gke }baR5v 系统参数
pzZk\-0R d+eZub94U 案例的内容和目标
6gL-OJNo 3FE( }G 在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。
(p#0 )C 4?\:{1X= 
\M< 3}t 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。
Of,2 Q#oji 之后，研究并优化整形光束的质量。
& 7 e)O= 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。
(V:E2WR S$,'Q^~K 模拟任务：反射光束整形设置
$s HP\{ 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。
W~1~k{A $'rG-g!f\ 
W-Hoyn> ?2 j=RRfFg) 
NoE*/!Sr kYzKU2T\W 规格：像散激光光束
H,unpZ( \y`+B*\i 由激光二极管发出的强像散高斯光束
`F YjQ e"p 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动
Q4*?1`IsR /AY4M;}p 
-a,-J]d0+ -VKS~{ 
Yb3mP!3q8Z B%CTOi 规格：柱形抛物面反射镜
) Z 9E=% nn/?fIZN4 有抛物面曲率的圆柱镜
{%lXY Myu 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面
P262Q&.}d 曲率半径等于
焦距的两倍
i 9<pqQ -VxTx^)> #'D"
'B 规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型）
,2Q o7(A !* Ti}oIo& 对称抛物面镜区域用于光束的准直
zi R5:d3 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型）
wI]"U2 L5 离轴角决定了截切区域
Un`^jw#_ ^bg2[ FV 规格：参数概述（12° x 46°光束）
%,Sf1fUJ U$]|~41# 
00v&lQBW X[
q+619 光束整形装置的光路图
1 tTg P+ M FTk qbc 
m(RXJORI 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。
@1.QE yX G 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。
B~o\+n {!6/x9> 反射光束整形系统的3D视图
HEA#b d\ @KX
\Er 
t!*+8Q !e qmO6,T-|
光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。
'!l 1=cZD 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）。
d
;vT ~; W;bu2ym&Q 详述案例
Eskb9^A M@ed>. 模拟和结果
-~?J+o+Pr" hxCvk/7sT 结果：3D系统光线扫描分析
y_\p=0t8 首先，应用光线追迹研究光通过
光学系统。
|D, +P 使用光线追迹系统分析仪进行分析。
3a.kBzus wP[t0/dl file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd
fRg`UI4w} ml \4xp, 使用参数耦合来设置系统
Y3Vlp/"rB" n 1!?"m! 自由参数：
!r # ?C9Sq 反射镜1后y方向的光束半径
L P MU8Er 反射镜2后的光束半径
\
[a%('} 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量）
oc8:r 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。
N<QXmg qx 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。
EEGy!bff %f($*l. 
B}PIRk@a1 _.L4e^N&UO 
.e_cgad : W5SJ^,d)J 自由参数：
E<yW \ 反射镜1后y方向的光束半径
XC.%za8 反射镜2后的光束半径
V<Z[ nq 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量）
M5xC C! 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。
/yM:| `tT R: l&2k@ 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。
>JiltF7H0 BJ% eZ. ?O>V%@ 结果：使用GFT+进行光束整形
) $PDo
7# ^tXJj:wtS 
P2bZ6 5>3y <~ Sz04 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。
J~#;<e{\" d/i`l* 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。
,yd?gP-O CiB%B`,N 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。
Hu OIFv 8MSC.0 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差：
8']9$# ]CoeSA`j 
dPhQ :sd> hZ.Z3`v70 file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd
{)-aSywe )I3NeKWz 结果：评估光束参数
fMOU$0]$< |+T1XYG5 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。
0{= `on; 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。
j$+nKc$ 
y\ a1i y t+eVR 8 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。
J> \B`E 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）
at)~]dG KQ~i<1&j file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd
ELj\[&U M%@ !cW 光束质量优化
Dc_y M lyGhdg Wc 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。
&uO%_6J 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）。
)a-Du$kd 92 [; Y 结果：光束质量优化
}2e? ?3 .C--gQpIv 由于通过高斯孔径传播，光束显示出理想高斯形状。 因此，M2值在两个方向上几乎都是1。
?Orxmxc
2 ~-I +9F 
YxP&7oq Rb.SY{}C 然而，光束半径是略有减少。（光束半径显示在最后一张幻灯片是由于其偏离了理想高斯。）
_ ]Z s,Hy R00 eisd 
1&-
</G# file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd
/AW=5Ck- # 9M:O0) s 反射镜方向的蒙特卡洛公差
B#M5}QT|2 mFi&YpH u3 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。
0|a(]a}V*j Qc p m ! 这意味着参数变化是的正态
} q$ WvY/ \ioH\9 
c` o7d)_Ke !7kG!)40 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。
`5C,N!d8X 这意味着，波前对对齐误差很敏感。
&sU?Ok6 g4l
!xT 
#Jw1IcuH =W"F[fD file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run
pim!.=vN/U iB498t 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）
i(NdGL#P ;S>])5< 
>Vwc3d jJ5W>Q1mK$ 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。
%;rHrDP(> s mnS DS 总结
/@,j232 xj VS 实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。
LS917ci- 1.模拟
c|#8T*`C 通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。
fy Byz=pl 2.研究
/%;mqrdk 为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。
lhBT@5Dm9 3.优化
&8vCZN^ 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。
?]}8o}G 4.分析
LL3#5AA"k| 通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。
v uoQz\ 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。
egq67S <kx&w(= 参考文献
sk=-M8;\ [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).
!K'} K>iT l\@)y4
+ 进一步阅读
(G[
*|6m yc?a=6q'm 进一步阅读
[m|YWT= 获得入门视频
6x%h6<#xh* - 介绍光路图
k @z,Iq8 - 介绍参数运行
70eb]\ % 关于案例的文档
@*6 C=LL - BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens
G1o3l ~x - BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens
3 U7 *>H - BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing
/,g ,Ch<d - BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair
