光束传输
系统（BDS.0005 v1.0）
@2`$ XWD 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
(-[73v-w &)$}Nk o bz|*1M? 简述案例
(M-W ea!q [S_qi, 系统详情
?'IY0^
光源 ,\RZ+kC>~ - 强象散VIS激光二极管
c g Okm}h 元件
Ncr*F^J4 - 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜）
,+>JQ82 - 具有高斯振幅调制的光阑
69? wZfj' 探测器
VR XK/dZ -
光线可视化（3D显示）
1PUeU+ - 波前差探测
KCl85Wi' - 场分布和相位计算
vve L|j - 光束
参数（M2值，发散角）
R n_FYP 模拟/设计
Fd;%wWY.zm - 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算
d=DQS>Nz - 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）：
*A ([1l&]i 分析和
优化整形光束质量
)?MUUI : 元件方向的蒙特卡洛公差分析
KK';ho,W ["1Iz{ 系统说明
)Y &RMY y asZ(Hz% 
L}\ oFjVju 模拟和设计结果
UJiy] y j[${h, p? 
Db K(Rh_
K 场（强度）分布 优化后
数值探测器结果
T&nIH[}v K"/3/`T 
H(gETRh 
@h,3"2W{Ev OsV'&@+G> 总结
E}g)q;0v|2 JFu9_=%+ 实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。
A&S n^mw 1.模拟
`kYcTFk 使用光线追迹验证反射光束整形装置。
#SX-Y)> 1@ 2.评估
:pdl2#5H^ 应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。
Bp- e< : 3.优化
#Dp]S, e 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。
&&ZX<wOM 4.分析
[tk6Kx8a 通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。
uE,g|51H/ c<OR mg6 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。
Yy'CBIq#f (>SucUU 详述案例
9 UCA&n )l H` a 系统参数
Vr:`?V9Q2( b ;>?m 案例的内容和目标
oc"7| YG 97 k}{tG 在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。
zG)vmysJ f _t>[gB, 
E5yn,-GyE0 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。
uvl>Z=
" 之后，研究并优化整形光束的质量。
OCELG~ 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。
o]D YS,v f0{j/+F_o 模拟任务：反射光束整形设置
5KTPlqm0qF 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。
gu "@*,hL Gdz* 
i`w)d S H.< F6 
Zi}j f25 ue*o>iohB 规格：像散激光光束
8?1MnjhX10 ,AH2/^:%c 由激光二极管发出的强像散高斯光束
"?^#+@LV 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动
On0,#i= +DaKP)H \: 
*|ef #-|D pM9 M8d 
mFmxE v jLn|zK 规格：柱形抛物面反射镜
Z^Yy
sf |G/U%?` 有抛物面曲率的圆柱镜
3+&k{UZjt 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面
F!g;}_s9 曲率半径等于
焦距的两倍
vxS4YR b i>KgkRZ L# OAaLCpRp 规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型）
eo~b]D VRTJKi 对称抛物面镜区域用于光束的准直
&3Lhb}m 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型）
UrO& K]Z 离轴角决定了截切区域
-O\ f y! dL~^C I 规格：参数概述（12° x 46°光束）
~])Q[/=p ;Sfe.ky @6 
CwD =nT5` _WZ{ i, 光束整形装置的光路图
AH?[K,3 %F x ^" 
v l~HV8MAv 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。
#pyFIUr=w 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。
!>f:wk2 5"ooam3 反射光束整形系统的3D视图
Zs8]A0$ 2f1Q&S 
CF:L#r Et
y?/
光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。
B4* uS ( 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-xsP}
s ;p7R~17 详述案例
9I*2xy|I [930=rF* 模拟和结果
I>q!co9n Ly z8DwZ 结果：3D系统光线扫描分析
putRc??o; 首先，应用光线追迹研究光通过
光学系统。
_2{2Xb 使用光线追迹系统分析仪进行分析。
\58bz<u" Dp4x\97O file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd
{|@}xrB U2LD_-HZ 使用参数耦合来设置系统
;GKL[ t I" V5p^]To! 自由参数：
j7$xHnV4 反射镜1后y方向的光束半径
<oi'yr 反射镜2后的光束半径
@6Lp $w 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量）
>I-rsw2 由于功能原理，所有系统参数（距离，焦距，直径）可以由光束参数分析计算。
{|<yZ, ,p 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。
4|\ OT(0~,.GJ 
e
tL?UF$ ysPm4am$ 
jT/P+2hMW `$XB_ o%@ 自由参数：
6=Wevb5YJ 反射镜1后y方向的光束半径
U ^nv) 反射镜2后的光束半径
q<Qjc 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量）
e"*1l>g 基于光束发散角和直径（x和y方向）焦点，可以计算并设置反射镜的直径和距离z。
>?_}NZ,y [ LQOP3f 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。
;Qi!~VsP; .R#-u/6g( F'F 6 &a+ 结果：使用GFT+进行光束整形
` %^w-' Vf.*!`UH 
KUq7O a ! Onh R` 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。
c`&g.s@N\ NpCQ4 K 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。
on"ENT D?UURUR f 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。
Pt cq/f @2mWNYHR*> 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差：
c##tP*( ZJ~0o2xZ' 
J}+N\V~ "q1S.3V; file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd
Om;aE1sW U bGnU_} 结果：评估光束参数
p Q!lY Lb? q5_ 从生成的整形光束场分布，可以评估光束参数。 可以直接通过使用探测器界面实现。
/ 9,'. 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。
w\UAKN60 
7 h0u7 N c5uC?b]. 整形光束在x和y方向上显示了一个几乎相同的半径。 发散角大约是4urad。
wjZ Q.T! M2值明显高于1。（与理想高斯光束相比，高M2值是由光束偏离引起的）
,G- XA(.O|VZ file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd
'n1$Y%t 9+$IulOvk 光束质量优化
/R?[/`)f& -T i<H9OV 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。
{\NBNg (Vo 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）。
SS24@:"{ Aqz $WTHW+ 结果：光束质量优化
AAW] Y#UwW _cC1u7U9 由于通过高斯孔径传播，光束显示出理想高斯形状。 因此，M2值在两个方向上几乎都是1。
T31F8K3x @GGQ13Cj( 
P;-.\VRu tw =A]
a* 然而，光束半径是略有减少。（光束半径显示在最后一张幻灯片是由于其偏离了理想高斯。）
V~
MsGj tQYV4h\Qj 
m #G,m file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd
G<k. d"< Mk=*2=d 反射镜方向的蒙特卡洛公差
r}sO},i Hmk xE 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。
%Y0BPTt$ -q[x"Ha% 这意味着参数变化是的正态
,3iD/8_ (d@(QJ 
\IYv9ScAx t Zm`(2S 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。
CB,2BTtRE 这意味着，波前对对齐误差很敏感。
xLLTp7b( US^%pd 
2hso6Oy/v{ 2 L[!~h2 file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run
OwPHp&{ Y =qoOr~ 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）
bA2[=6 v _:KqdmO] 
|' JN<? F(Zf=$cx 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。
%.wR@9? lq]8zm<\)] 总结
-P-8D6 Rq e|7/As 实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。
;$ 1x_
Cb 1.模拟
N !ay#V 通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。
YU`k^a7%
2.研究
-{J0~1'#- 为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。
7lAJ
0 3.优化
nT2b"wkTT 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。
]q4LN o 4.分析
y1~
QKz 通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。
0%;| B 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。
Anpp`>} N trjeGSt& 参考文献
~ ;pP@DA [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).
N?#L{Yt u r Q vJ 进一步阅读
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"'+C% - 介绍光路图
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