光束传输
系统（BDS.0005 v1.0）
u !k\W{ 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
B$ +YK%I z/.x*A= `D>PU@s$nT 简述案例
6U @3
xU` [ j?n}D@L 系统详情
b~Y$!fc
光源 w_ k Hy_) - 强象散VIS激光二极管
UkG|5P` 元件
oR [,?qu@f - 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜）
.YYiUA-i9n - 具有高斯振幅调制的光阑
Z uo7MR 探测器
?NGM<nK;7 -
光线可视化（3D显示）
]N*q3 y|) - 波前差探测
V.XHjHT - 场分布和相位计算
ZK27^oG - 光束
参数（M2值，发散角）
hWJ\dwF 模拟/设计
^e"BY( - 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算
Gk;== ~ - 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）：
|<\o%89AM 分析和
优化整形光束质量
sw[1T_S> 元件方向的蒙特卡洛公差分析
6m_Y%&
' aBX>M 系统说明
H2BD 5 ^cZF#%k 
%ErL L@e 模拟和设计结果
"w*VyD 2IFri|;-eb 
7
}4T)k(a 场（强度）分布 优化后
数值探测器结果
pD9*WK Ef* <T)9mJYr 
Rg HPYf{ 
|qH -^b.F 0vbn!<: 总结
azr|Fz/ lE78 Yl ] 实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。
beRpA; 1.模拟
\L} Soe' 使用光线追迹验证反射光束整形装置。
B# |w}hj 2.评估
H1 yl88K 应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。
r,(rWptf4 3.优化
?SK1*; i 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。
|#D3~au
4.分析
+XLy Pj 通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。
\zR@FOl`q u >
XCE|D* 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。
(@B
gsY #Q.A)5_ 详述案例
D.kLx @Z KS!mzq - 系统参数
SQDllG84E Jt\?,~, 案例的内容和目标
Z*tB= e%uPZ >'q 在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。
|a%&7-; (TM1(<j 
N\ChA]Ck 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。
gtHWd;1&f 之后，研究并优化整形光束的质量。
dT4?8: 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。
OC nQSkj kO{A]LnAH 模拟任务：反射光束整形设置
$ jWe!]ASU 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。
wb~#=6Y L9M0vkgri 
yDg`9q.ckm w6zB uW 
@;_xFL;{g 5Mf bO3 规格：像散激光光束
qPDe;$J) 9_)*b 由激光二极管发出的强像散高斯光束
cK%Sty'8+ 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动
bW\OKI1 87l(a,#J 
-f@~{rK.L Jte: U*2 
ZX[ @P?A+- `qnSq(tNq 规格：柱形抛物面反射镜
FBJw ( .Jr N 9QHX 有抛物面曲率的圆柱镜
o *)>aw 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面
1 41@$mMzE 曲率半径等于
焦距的两倍
P& @ 2DI3m 1vk& ; c }v>Mx 规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型）
A.vWGBR HJWk%t< 对称抛物面镜区域用于光束的准直
8MqKS}\H 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型）
C + S 离轴角决定了截切区域
mX66} s}# 3]"RaI4Q 0 规格：参数概述（12° x 46°光束）
MWTzJGRT TR}ztf[e 
'0|0rwx DdD wMq 光束整形装置的光路图
*gF8"0s 3pg_` 
'qel3Fs" 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。
'*gY45yT` 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。
!o +[L }8tD|t[ 反射光束整形系统的3D视图
KYBoGCS > {[&$W8Li 
s\&qvL1D C] H'z
光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。
0*$? =E 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）。
|uL"/cMW7 _U U- 详述案例
En-BT0o 4 :m/w !q$ 模拟和结果
xg*)o* ? 86+nFk 结果：3D系统光线扫描分析
<E/" v 首先，应用光线追迹研究光通过
光学系统。
{ Aq2}sRl{ 使用光线追迹系统分析仪进行分析。
c *R?eLt/ v u7F>{D file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd
s X_6qKUH
f-]5ZhM' 使用参数耦合来设置系统
@ px 4[ o +-G@ 16 自由参数：
+2X q+P 反射镜1后y方向的光束半径
HYqDaRn 反射镜2后的光束半径
Ek#?B6s 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量）
{jV EstP 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。
?mM6[\DFoT 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。
3" B $M XQW9/AzN f 
xi3 A\ xvzs.d 
x ,LQA0 )GgO=J:o 自由参数：
bSbUf%LKt 反射镜1后y方向的光束半径
#ArMX3^+w7 反射镜2后的光束半径
d9bc>5%-F 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量）
a@mMa { 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。
q2>dPI;3T znVao %b 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。
g+ZQ6 Hz $<c;xDO&t b`%(.& 结果：使用GFT+进行光束整形
zI$24L9* @-d0 ~.S 
7|vB\[s )wFr%wNe 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。
9pY`_lxa> ? ?MF8 uv 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。
d]bM,`K* 6 s"jNS1B 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。
\7l% @ 7"|j.Yq$H{ 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差：
R\VM6>SN'S g#Doed.30= 
o>G^)aRa >wPMJ>
2 file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd
~4MUac^w '5:P,1tW U 结果：评估光束参数
Td|x~mZv: uoX] #<1J 从生成的整形光束场分布，可以评估光束参数。 可以直接通过使用探测器界面实现。
~-dL #; 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。
BkO)hze 
Q|3SYJf ~C;1}P%9x 整形光束在x和y方向上显示了一个几乎相同的半径。 发散角大约是4urad。
F~qiNV M2值明显高于1。（与理想高斯光束相比，高M2值是由光束偏离引起的）
h_w_OCC&2 |N^z=g P[ file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd
Gb?O-z%8* UN,y /V 光束质量优化
zSU06Y BAUo`el5 通常，使用合适的高斯调制光阑以用于优化M2值。 因此，我们使用测量的半径作为腰束半径（消除发散角）来生成一个高斯光束。
;: 0g N|+ 之后，将接收场转换成一个透射函数。 将该传输函数用作光阑（在一个透射函数元件中）。
vWM '}(
4h zS 结果：光束质量优化
P2 Or|_z L.]mC ! 由于通过高斯孔径传播，光束显示出理想高斯形状。 因此，M2值在两个方向上几乎都是1。
uI'g]18Hi X*cf|g 
eqFOPK 5q ~582'-=+ 然而，光束半径是略有减少。（光束半径显示在最后一张幻灯片是由于其偏离了理想高斯。）
cdH Ug# `6t3D&.u0 
#9 F e, file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd
[;]@PKW?w TYs#v/)I 反射镜方向的蒙特卡洛公差
(ex^=fv N]p|c3D 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。
VB+sl2V<h [H3~b= 这意味着参数变化是的正态
Ya_4[vR< qZ39T TQ*p 
-6()$cl}0 gUrb&#\X 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。
!iOuIY jV 这意味着，波前对对齐误差很敏感。
v7 l4g& JKFV7{ %Gl 
F! |?S: X BBg&ZIYEh file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run
{mlJ E>~% x_&m$Fh 第一个随机公差的典型强度分布：（相应的均方根波前差：1.08λ，40.4λ，140λ）
GW(-'V/ YS_9M Pi 
c0 H8FF3 &<u
pj b 由于波前差和因此校准的偏差更大，M2值明显增加。可以使用高斯孔径来减少。
iZ`1Dzxgk [|sK u#yW 总结
I:~L! % ; md{T' 实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。
P7Th 94 1.模拟
g>[|/ z P 通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。
'9,14e6 2.研究
{d;eZt
` 为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。
TwZvz[u 3.优化
)-3!- 1 通过使用显示出高斯整形孔径函数和经典场追迹引擎来优化M2参数。
RfT#kh/5 4.分析
%5_eos&<^) 通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。
zr0_SCh;2 可以使用VirtualLab Fusion非常有效地模拟和分析复杂的光束整形装置，尤其是离轴系统。为此，根据情况应用不同的模拟引擎。
,x+_/kqx o(W|BD! 参考文献
Z?%j5G=4w [1]M. Serkan, H. Kirkici, and H. Cetinkaya, “Off-axis mirror based optical system design for circularization, collimation, and expansion of elliptical laser beams”, Appl. Optics 46, No. 22, 5489-5499 (2007).
ZS uMQ32 mf26AIlkQ 进一步阅读
dkV%Pyj 7p?6j)rj 进一步阅读
tPS.r.0#^ 获得入门视频
TsPO+x$l - 介绍光路图
;3n0 bKD Y - 介绍参数运行
{-rK:*yP'u 关于案例的文档
qj71
rj - BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens
I(8,D[G.m - BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens
HrA6wn\O - BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing
ou44vKzS - BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair
