光束传输
系统（BDS.0005 v1.0）
&Y Q 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
,|hM`<" ? ,ra!O=d~0 < <#-IsT 简述案例
lej-,HX (_S`9Z8= 系统详情
:s8^nEK
光源 ; MU8@?yN - 强象散VIS激光二极管
*`~
woF 元件
V1Yab# - 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜）
z%xWP&3%" - 具有高斯振幅调制的光阑
~WH4D+ 探测器
oRl~x^[%[- -
光线可视化（3D显示）
&R $6d G4 - 波前差探测
+<5q8{]Pk - 场分布和相位计算
yuyI)ebC - 光束
参数（M2值，发散角）
@<]sW*s 模拟/设计
D$C >ZF - 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算
3vx5dUgl, - 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）：
\Eq,4-q 分析和
优化整形光束质量
[ kI|Thx 元件方向的蒙特卡洛公差分析
f681i(q" & L3OP@; 系统说明
X}T/6zk YyOPgF] M 
+O`3eP`u 模拟和设计结果
2aQR#lcv =l6aSr 
32y GIRV 场（强度）分布 优化后
数值探测器结果
Jg3OM Ut e qvbDva^ 
0 p 6 
u6hDjN >*DR>U 总结
>uVo 'S. q18IqY*Lo 实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。
0ws1S(pq 1.模拟
cd_ \?7 使用光线追迹验证反射光束整形装置。
TJ k3z^.j 2.评估
@.IGOh 应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。
M By0 Ky 3.优化
a7?z{ssEi 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。
XO[S(q 4.分析
|'mwr! 通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。
)`,|| sQ BE,XiH; 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。
&(M][Uo{|' ~Mk{2;x 详述案例
G]Rb{v,r @V dkmqXz 系统参数
9o)sSaTx= yT[CC >]l 案例的内容和目标
n7Em
t$Hi> G$# Q:]N 在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。
@bPR"j5D jb0wP01R 
s
&4k 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。
6I)[6R 之后，研究并优化整形光束的质量。
- -S1p0 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。
X#;n Gq)5 8 $5
y]%! 模拟任务：反射光束整形设置
x9l l 0Ht 引入的反射光束整形装置是基于一个反射镜系统，此系统由两个抛物面圆柱反射镜镜与抛物面截面反射镜组成。焦点距离和镜子的位置取决于输入光束的发散角。
zN3[W`q+m eBlWwUy*6f 
dO?zLc0f /l.:GH36f 
rV{:'"=y- DIsK+1 规格：像散激光光束
%}.4c8 MP/@Mf\<E 由激光二极管发出的强像散高斯光束
3H^0v$S 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动
HgGwV;W ? <F=*eS 
o7gY j\ Za[ ?CA 
D.[h`Hkc e>$d*~mwn 规格：柱形抛物面反射镜
7Sha u%2C _\/KI
/ 有抛物面曲率的圆柱镜
7pllz y 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面
bEQy5AX 曲率半径等于
焦距的两倍
<bSG|VqnH `i!BXOOV{ /D d.C<F 规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型）
#}PQ !gZ A&?8 r c 对称抛物面镜区域用于光束的准直
5taR[ukM 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型）
R"wBDWs 离轴角决定了截切区域
uOQ!av2"Rf *|gY7Av* 规格：参数概述（12° x 46°光束）
kC ,=E9)O J# >)+ 
<USK6! -G 1'NJ[
C` 光束整形装置的光路图
}}Zwdpo %` EyG 
@d&Jt A 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。
@:dn\{Zsea 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。
Gye84C2E= aM7e?.rU 反射光束整形系统的3D视图
SD/=e3 ]8n*f o2# 
@=7[ KM b f};RtRo2
光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。
(U{,D1 ? 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）。
R7o'V* d ]/9@^D}& 详述案例
YujR}=B!/ " [QQ(]={ 模拟和结果
-l Y,lC>{ -Qy@-s $ 结果：3D系统光线扫描分析
a
Xn:hn~O 首先，应用光线追迹研究光通过
光学系统。
!+k);;.+ 使用光线追迹系统分析仪进行分析。
QO/nUl 0E :'
=le*h file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd
}6'%p Bd {e +}jZ[L 使用参数耦合来设置系统
_v#Vf*# 9bQD"%ha=d 自由参数：
&wX568o 反射镜1后y方向的光束半径
%A3ci[$g 反射镜2后的光束半径
ynZp|'b?< 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量）
&At9@ 由于功能原理，所有系统参数（距离，焦距，直径）可以由光束参数分析计算。
qEvbKy} 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。
4C#r =Uw` |2Y/l~ 
aD&4C -,1 6Y%{ YQ}s| 
!X5LgMw^ ; !C& ^%a 自由参数：
Z,~PW#8 <& 反射镜1后y方向的光束半径
i*]$_\yl" 反射镜2后的光束半径
ZBk br 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量）
S"cim\9xP 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。
}Ip1 |Gj Pil_zQ4 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。
?$ Dc> TFNB %| O@>Z YA% 结果：使用GFT+进行光束整形
[w*]\x'S
a)8;P7 
X%98k'h.y AZE 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。
S-[ S?&c` kXgc'w6EhF 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。
[#SiwhF| m++=FsiX= 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。
>|pN4FS hRNnj 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差：
`)tIXMn Zg4kO;r08 
sE])EwZ O'{g{ file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd
d}2(G2z ^ (j-_iOQ]i+ 结果：评估光束参数
e UKl( 489xoP 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。
48, uO ! 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。
2BO&OX|X 
I_Omv{&u } Oq P`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。
-Rwx`=6tV 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）
$T6+ 6 <
I uC7Hx`z file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd
-br): }f @Hl+]arU h 光束质量优化
1pz-jo,2'
(F&o!W 通常，使用合适的高斯调制光阑以用于优化M2值。 因此，我们使用测量的半径作为腰束半径（消除发散角）来生成一个高斯光束。
**.g^Pyc 之后，将接收场转换成一个透射函数。 将该传输函数用作光阑（在一个透射函数元件中）。
X4JS I%E iB}*<~`.Eg 结果：光束质量优化
} "&Ye T930tX6"h 由于通过高斯孔径传播，光束显示出理想高斯形状。 因此，M2值在两个方向上几乎都是1。
Dqc2;> U Z1Au;(| 
6MpV ,2:> 0$_WI k 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。）
!ou;yE&<, A: O"N 
B dP+>Ij file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd
Y[s}?Xu]w# Ek60 [a 反射镜方向的蒙特卡洛公差
<r Fh93 ovZ!} 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。
,hWuAu6.L "TVmxE%( 这意味着参数变化是的正态
8v)iOPmDC K,,'{j 2#f 
q7pe\~q ;?v &=Z't. 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。
V}ls|B$Y 这意味着，波前对对齐误差很敏感。
~sdM~9@
' / i {V21(% 
[ @2 $W?0i ;u=%Vn"2a file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run
BZ(DP_}&D f VJWW): 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）
F<^f6z8 /CUBs! 
&(m01 k~?5mUyK< 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。
5n[''#D SX&Q5:
总结
> qPP_^] @aP1[( m 实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。
>uYU_/y$2 1.模拟
0es\
j6c 通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。
%/d1x 2.研究
^ v+p@k 为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。
i.^:xZ 3.优化
ZSr!L@ S 通过使用显示出高斯整形孔径函数和经典场追迹引擎来优化M2参数。
yY]E~ 4.分析
Pj_*,L`mZ 通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。
'.jYu7
可以使用VirtualLab Fusion非常有效地模拟和分析复杂的光束整形装置，尤其是离轴系统。为此，根据情况应用不同的模拟引擎。
l h6N3d P&yB(M-z 参考文献
G E? \Vm [1]M. Serkan, H. Kirkici, and H. Cetinkaya, “Off-axis mirror based optical system design for circularization, collimation, and expansion of elliptical laser beams”, Appl. Optics 46, No. 22, 5489-5499 (2007).
#N;&^El LQR^lD+_= 进一步阅读
"ji+~%`^[t nX\mCO4T 进一步阅读
R:rol s"QM 获得入门视频
X]o"vx%C - 介绍光路图
] < K"`q2 - 介绍参数运行
p K ^$^*# 关于案例的文档
Mcq!QaO}& - BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens
[NV/*>"j& - BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens
//RD$e?h~ - BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing
)i_:[ l6 - BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair
