光束传输
系统（BDS.0005 v1.0）
]@SU4 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
I sovwd Qg0vG] >IR$e=5$ 简述案例
B4O6> ' Q
@2(aR 系统详情
Y&,r Ta
光源 FD6v /Y - 强象散VIS激光二极管
fW~*6ln 元件
W@B7yP7Rz - 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜）
O 3!d(dY=_ - 具有高斯振幅调制的光阑
vF>gU_gz. 探测器
*fP(6e#G, -
光线可视化（3D显示）
(^H5EeG V{ - 波前差探测
4uX(_5#j - 场分布和相位计算
\ $;~7 4} - 光束
参数（M2值，发散角）
{Bvm'lq` 模拟/设计
I T1P Pm - 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算
b~W)S/wF$P - 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）：
/ Dw@d,&[ 分析和
优化整形光束质量
5.k}{{+ 元件方向的蒙特卡洛公差分析
/{DaPqRa bag&B Hw 系统说明
y~p4">] RqGVp?
y[:q"BB3 模拟和设计结果
l^,qO3ES N ?+eWY 
l<2oklo5 场（强度）分布 优化后
数值探测器结果
@xJCn}`Zj zKJ. Tj W 
6 {7 3p@ 
u&SZ lkf6% ,xj3w#`zaf 总结
OMd# ^z 6z1 \a 实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。
C|$L6n>DR6 1.模拟
\[T{M!s 使用光线追迹验证反射光束整形装置。
f N0bIE
Y 2.评估
M@~ o6 ^ 应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。
i_ y:4 3.优化
0dh#/ 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。
&9@gm --b: 4.分析
!u %9;>T7 通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。
a hw y_\ kdBV1E+:C 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。
*]'qLL7d 9ET/I$n 详述案例
fD(7F N8 #|ddyCg2 系统参数
w^ U}| h" 6s5b$x 案例的内容和目标
zS?n>ElI e2Ww0IK!E 在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。
j Ii[ IW] *i?L 
0`Gai2\1@ 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。
KJ pj 之后，研究并优化整形光束的质量。
& PSTwZd 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。
[88{@) enPLaiJ'|q 模拟任务：反射光束整形设置
,,}s K 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。
K{N%kk%F Tr$i=
M 
`1$y( w] +h|K[=l\ 
+
lP5XY{ [5!'ykZ 规格：像散激光光束
'X|v+ ? Fj,(_^ 由激光二极管发出的强像散高斯光束
d>;2,srUf 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动
mw ?{LT w'|&5cS 
PlF!cr7:4 {:3.27jQ 
q`cEA<~S ?LR"hZ> 规格：柱形抛物面反射镜
@Mzz2&(d U jjX'_E 有抛物面曲率的圆柱镜
90?,-6 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面
_ r~+p 曲率半径等于
焦距的两倍
:cEd [Jm9 T t`L(oF v&e-`.xR 规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型）
L)1C'8 ). U%h7h`=F? 对称抛物面镜区域用于光束的准直
z2.*#xTZn 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型）
w[e0wh`. 离轴角决定了截切区域
\Oz,Qzr| @T5YsX]qb7 规格：参数概述（12° x 46°光束）
\ibCR~W4 C?{D"f`[] 
IvFR <n xnT3^ #-h 光束整形装置的光路图
Fgskb"k/ nZ&T8@m 
Mp^^!AP 9 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。
tSI& "- 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。
2 wGF-V n G!&u1 * 反射光束整形系统的3D视图
.4I w=T_ fE'-.nA+ 
mVa?aWpez \5t`p67Ve_
光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。
C2CYIo k$& 绿线表示生成的光轴，由VirtualLab的基础定位方法生成（仅仅设置了距离z和倾角）。
n?zbUA# Fq vQk 详述案例
1XqIPiXJ S@9w'upd 模拟和结果
&t~zD4u B 6 #-6Bh)>4 结果：3D系统光线扫描分析
+ .S#= 首先，应用光线追迹研究光通过
光学系统。
:a# F 使用光线追迹系统分析仪进行分析。
*~"zV`*Q \m(ymp<c` file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd
c"sj)-_ i:V0fBR[> 使用参数耦合来设置系统
c9\B[@-q 8.*\+nH 自由参数：
FYp|oD2=1 反射镜1后y方向的光束半径
"}0)YRz% 反射镜2后的光束半径
, D exJ1 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量）
yB0jL:|a 由于功能原理，所有系统参数（距离，焦距，直径）可以由光束参数分析计算。
N|UBaPS|o 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。
fndK/~?]H ' 9IP; 
-Pqi1pj] K?5B>dv@A 
>r;ABz/ m Y$nI -P 自由参数：
}%-UL{3% 反射镜1后y方向的光束半径
@PT`CK} 反射镜2后的光束半径
V<7R_}^_7 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量）
o} WB(WsG 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。
jz{(q; 'dmp4VT3 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。
(iHf9*i CV (! xg$Kz@ [>b
'}4 结果：使用GFT+进行光束整形
@/CRIei fQ=&@ >e 
XD;15a lAdOC5+JX 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。
cEDDO&u @J~ lV\ 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。
]NaMZ iifc;6 2 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。
:'5G_4y)h V pug"aR&_ 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差：
y f
`.% N,WI{* 
2uvQf&, z1Bj_u{ file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd
Gl?P.BCW.& X@6zI-Y % 结果：评估光束参数
YWt"| J o6~r- 从生成的整形光束场分布，可以评估光束参数。 可以直接通过使用探测器界面实现。
q`/amI0 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。
J>HLQP 
p{A}p9sjx '#cT4_D^lI 整形光束在x和y方向上显示了一个几乎相同的半径。 发散角大约是4urad。
|y{; |K M2值明显高于1。（与理想高斯光束相比，高M2值是由光束偏离引起的）
t x:rj6 -z R z<d%C;R file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd
ATYQ6E[{MV jOoIF/S o 光束质量优化
6 .
+[
z
At`1) 通常，使用合适的高斯调制光阑以用于优化M2值。 因此，我们使用测量的半径作为腰束半径（消除发散角）来生成一个高斯光束。
TE aD-mY 3 之后，将接收场转换成一个透射函数。 将该传输函数用作光阑（在一个透射函数元件中）。
HI"!n$p "TBQNWZ 结果：光束质量优化
*_4n2<W$ veYsctK~ 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。
}@ O| RkY /(hP7_]`2 
]MqH13`)A EzD
-1sJ 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。）
G+#| )V ]YisZE4s 
T3u5al file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd
Y{Y;E Y4 1jUhG2y 反射镜方向的蒙特卡洛公差
^*cMry v @$evmA 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。
h}anTFKP %468s7Q[Mi 这意味着参数变化是的正态
b2/N H1A C>w9
{h 
X] JpS p:[`%<j0 对于这个例子，假设每个反射镜都有±0.1°的角度偏差（绝对的方向）。 由于这个偏差，整形光束的波前差明显增加。
ADLa.{ 这意味着，波前对对齐误差很敏感。
;+r ) j"W )Anl FO+V 
Ac5 o K wZ]BY; file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run
Oi
kU$~| L#7)X5a__ 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 $6])F S1H47<)UF 
Kh:#S|
I |< +'G 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。
7U{b+=,wK )F%wwc^r 总结
? !oVf> -~<q,p"e 实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。
T}w*K[z
$ 1.模拟
yNLa3mW 通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。
8aZey_Hw;+ 2.研究
MUCJ/GF* 为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。
Z5*(W;; 3.优化
7? Qt2 tr 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。
5|6z1{g8 4.分析
86^ZYh 通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。
L6rs9su=7 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。
k[r./xEv+t O)U$Ef 参考文献
RXx?/\~yd; [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).
B (en5| 9p[W :)P4d 进一步阅读
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><ih SVg@xu+ 进一步阅读
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获得入门视频
< o'7{ - 介绍光路图
bn*{*=( | - 介绍参数运行
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U3_yE vZ - BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair
