光束传输
系统（BDS.0005 v1.0）
ja=w 5 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
;O#g"8 x hs#u v4vf }.L] 简述案例
n> w`26MMp n(ir[w#,]" 系统详情
:<S<f%
光源 ]/2T\w.< - 强象散VIS激光二极管
_=f=f cl 元件
|F$Bv Cg - 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜）
;/O#4]2* - 具有高斯振幅调制的光阑
" {de k 探测器
PD[z#T!' -
光线可视化（3D显示）
~qVz )< - 波前差探测
C"uahP[Y - 场分布和相位计算
Gs0H@ - 光束
参数（M2值，发散角）
U] 6&b 模拟/设计
!ku X,*}q - 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算
fC-P.:F#I - 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）：
X JGB)3QI 分析和
优化整形光束质量
XVVD 0^ Q 元件方向的蒙特卡洛公差分析
{=:#S+^ER wD \ZOn_J 系统说明
j f~wBm d7 sp9W?IJ 6c 
PH3 >9/H 模拟和设计结果
}%!tT\ 8 EM j;2! 
`{K_/C it 场（强度）分布 优化后
数值探测器结果
rVSZ.+n
D/(CU#i" 
k;y w#Af8 
pf" <!O[ Gc tsp2ndW 总结
TYn s~X_PR 8AFcz eg[[ 实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。
-1| iz2^N 1.模拟
Of}|ib^t 使用光线追迹验证反射光束整形装置。
m}j:nk 2.评估
MmTC=/j 应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。
j+4H}XyE 3.优化
R=j% S! 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。
F'm(8/A $ 4.分析
yl&UM
qI( 通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。
TX8<J>x 8P' ana 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。
gN6r p(?y 6i@\5}m= 详述案例
!c#]?b% zy'D!db`Z 系统参数
Sh OX<Fb& H6TD@kL9Wr 案例的内容和目标
C(T;>if0NH dP2irC%f8 在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。
RI n9(r G[Lpe 
tB7}|jC 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。
GwU?wII j^ 之后，研究并优化整形光束的质量。
WCJxu}! 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。
vdDludEv ;
0v>Rf a 模拟任务：反射光束整形设置
$:s`4N^ 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。
>JwLk[=j ~p0c3* 
K0pac6] w N-i?Ek0; 
|]=2 }%1w ^Z DBO/ 规格：像散激光光束
%^. %OCX: Q^Q l\ 由激光二极管发出的强像散高斯光束
sZgRt 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动
zSvgKm NY tvKAIwe 
BQ</ g* $; i+3fhV 
Joe_PS SzD KByi 规格：柱形抛物面反射镜
d5 Edu44 4\ c,)U} 有抛物面曲率的圆柱镜
\VMD$zZx 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面
7}O.wUKw% 曲率半径等于
焦距的两倍
1SIq[1 #L}+H!Myh b^c9po 规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型）
~tFqb<n /e}#'
H
对称抛物面镜区域用于光束的准直
0yM[Z':i'{ 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型）
H5cV5E0 离轴角决定了截切区域
Z=5qX2fy1* 3Ug 规格：参数概述（12° x 46°光束）
r`S< A; xda;
K~w 
i`(^[h
?; s pLZ2]A 光束整形装置的光路图
<N,) G
|& f;SC{2 f 
;^Sr"v6r>u 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。
1' v5/ 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。
{ %v-( x3ERCqTR 反射光束整形系统的3D视图
f
).1]~ vP@v.6gS, 
e(F42; $$ zjL.Bhiud
光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。
` ~U ZU@/x 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）。
_lKZmhi ]&~]#vB# 详述案例
FSuAjBl0- ZPN
roCK` 模拟和结果
N r<`Z Si 9Z>MR 结果：3D系统光线扫描分析
Z+`{ 7G?4m 首先，应用光线追迹研究光通过
光学系统。
L%}zVCg 使用光线追迹系统分析仪进行分析。
;8S/6FI %Pqk63QF file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd
s#Jh - +lM l=N2lHU 使用参数耦合来设置系统
pC pb;<JG e
pCLM_yA 自由参数：
Z|9u]xL 反射镜1后y方向的光束半径
f~OU*P>V@ 反射镜2后的光束半径
I oy 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量）
wv
QMnE8\ 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。
{j {+0V 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。
;|p$\26S)% '1fNBH2 
t%zpNd2lk _sE#)@p 
depYqYK7G >R{qESmP= 自由参数：
Ll 4bdz, 反射镜1后y方向的光束半径
GsbAlNP 反射镜2后的光束半径
d8SE,A& 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量）
qzw'zV 基于光束发散角和直径（x和y方向）焦点，可以计算并设置反射镜的直径和距离z。
GhY1k"; }ZSQ>8a 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。
-5>-%13 K'iIJA*S n / : 6Wzj 结果：使用GFT+进行光束整形
U`Jy!x2m 8By,# T". 
2-zT$`[]J /<CSVJ_r 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。
]W0EVf=,k 0c.s
- 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。
~m1P_`T H_ !4>G@ 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。
VN0mDh?E LN l#h 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差：
b 6t}{_7 >3:?) 
RO0>I8c1c mDGn:oRj file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd
~A<H9Bw
V>64/ 结果：评估光束参数
~'5 ;Z 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。
k *R<, 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。
@`-[;?> 
J`IDlGFYp Iu~\L0R427 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。
B .TB\j 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）
/!} 't v{i 7h|e file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd
M fk2mIy Tj~ I aU 光束质量优化
;v17K }
B396 X 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。
Bb& ^ {7 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）。
bW#@OrsS KtS)'jf 结果：光束质量优化
r4x3$M c iDl;!b&V. 由于通过高斯孔径传播，光束显示出理想高斯形状。 因此，M2值在两个方向上几乎都是1。
z PEg PqNFy Qkl 
+,:^5 {9{ m`4R]L] 然而，光束半径是略有减少。（光束半径显示在最后一张幻灯片是由于其偏离了理想高斯。）
x# ~ x ;) 3:"]Rn([P 
EzW)'Zzw~ file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd
,1q_pep~?% P+MA*: 反射镜方向的蒙特卡洛公差
m6eZ _ &+u %2'A
pp 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。
>$gG/WD?KR 6#}93Dgv4 这意味着参数变化是的正态
oHM
] >Sa*`q3J 
W$JebW<z( `<^VR[Mx 对于这个例子，假设每个反射镜都有±0.1°的角度偏差（绝对的方向）。 由于这个偏差，整形光束的波前差明显增加。
. .QB~ 这意味着，波前对对齐误差很敏感。
oRN-xn g }MR1^ 
D PrBFmHF Q|}a R:4 file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run
gADmN8G= H@ X oqgI 第一个随机公差的典型强度分布：（相应的均方根波前差：1.08λ，40.4λ，140λ）
U(& oj e
N-lGa@ j 
EG'[`<*h ~5ZvOX6L2 由于波前差和因此校准的偏差更大，M2值明显增加。可以使用高斯孔径来减少。
3qH QX?a eRbGZYrJ 总结
HQ9f ,< GZ!| }$ 8 实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。
&m3.h!dq 1.模拟
kH*P n' 通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。
Jxf~&!zR 2.研究
8T;IZ(s 为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。
Gy1xG.yM~ 3.优化
I4rPHZ| 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。
B}OY /J/*8 4.分析
3 <|`0pt} 通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。
=9L$L|W 可以使用VirtualLab Fusion非常有效地模拟和分析复杂的光束整形装置，尤其是离轴系统。为此，根据情况应用不同的模拟引擎。
6
y"-I !& +& tgJ07A 参考文献
n?#!VN3 [1]M. Serkan, H. Kirkici, and H. Cetinkaya, “Off-axis mirror based optical system design for circularization, collimation, and expansion of elliptical laser beams”, Appl. Optics 46, No. 22, 5489-5499 (2007).
j$fAq\B 2^~<("+ w 进一步阅读
: Ud[f`t YF#H Sf7 进一步阅读
1rw0sAuGy 获得入门视频
3[p_!eoW - 介绍光路图
+w w^ev% - 介绍参数运行
#gQ F ' 关于案例的文档
>,C4rC+:XN - BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens
<Y 4:'L6 - BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens
g*\/N,"z - BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing
h *0S$p<[1 - BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair
