光束传输
系统（BDS.0005 v1.0）
iX)%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
IIbYfPiO 1dK*y'rx }sxYxn~ 简述案例
ti#7(^j K5lmVF\ $P 系统详情
cFJY^A
光源 Qjb:WC7he - 强象散VIS激光二极管
uC cYPvm 元件
Dd\jHF>u - 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜）
4ecP*g - 具有高斯振幅调制的光阑
F ]<Xv " 探测器
EVGt 5z -
光线可视化（3D显示）
=zz ~ko n9 - 波前差探测
>D4# y - 场分布和相位计算
, N)/w1?I - 光束
参数（M2值，发散角）
O&Y*pOg 模拟/设计
/HaHH.e - 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算
xoN3 - 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）：
ml+; Rmvb 分析和
优化整形光束质量
RN e^;
B 元件方向的蒙特卡洛公差分析
6ZP"p<xX !4X
f~P 系统说明
nR-YrR*k ma Nl^i 
1]p ZrBh"E 模拟和设计结果
aJ>65RJ^= ~Yy>zUH^X 
H5Io{B%= 场（强度）分布 优化后
数值探测器结果
J|qZ+A[z H*r)Z 90 
R21b!Pd\ 
|E JD3 & H["`Mn7j2 总结
=Lf,?"S ^y<<>Y'I 实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。
V T\F]Oa# 1.模拟
H<Pt AYFS 使用光线追迹验证反射光束整形装置。
6;ixa
hZV 2.评估
*=V~YF:Qb 应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。
xwq+j " 3.优化
.N
,3 od@ 利用一个具有高斯形状孔径函数的光阑和经典场追迹引擎来优化M2参数。
f}9zgWU 4.分析
?j"KV_ 通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。
PoxK{Y e?8HgiP- 对于复杂的光束整形装置，特别是离轴系统，可以使用VirtualLab来进行高效的模拟和分析。模拟过程中，根据情况应用不同的模拟引擎。
X\bOz [\ s T}. v* 详述案例
xLK<W"%0 ww], y@da 系统参数
ewctkI$,5 =A83W/4 案例的内容和目标
h4 T5+~rw Xov Rg, 在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。
cj$[E]B3V* .\)U@L~ 
\1D <!k\S 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。
w ea-zN 之后，研究并优化整形光束的质量。
6ZP(E^. 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。
jIC_[ Cv6'`",Yzm 模拟任务：反射光束整形设置
TFlet"ge= 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。
> 7jbgHB 1_PoqD!q 
9\_eK,*B |}= acc/ 
` d5%.N (nf ~x 规格：像散激光光束
}fb#G<3 a7r% X - 由激光二极管发出的强像散高斯光束
TO]@
Zu1 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动
,!#*GZ.ix 2mVD_ s[` 
QdF5Cwf4 2b w_IT 
J;.wXS_U8 d3 ZdB4L 规格：柱形抛物面反射镜
ON=@ O "{@A5A 有抛物面曲率的圆柱镜
kMi/ >gpQ 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面
K1 EynU
I 曲率半径等于
焦距的两倍
9g'Lk P g{OwuAC_ l;R%= P?'F 规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型）
>3_jWFq Pg,b-W?n* 对称抛物面镜区域用于光束的准直
Wbr|_W 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型）
8xMEe:}V 离轴角决定了截切区域
n}F& 1Z U>=Z-
T 规格：参数概述（12° x 46°光束）
#@YPic"n7` )h"<\%LU 
v1o#1 ; +ga k#M"n\ 光束整形装置的光路图
~ zCEpU|@N %7zuQ \w 
QM5R`i{r 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。
-]/I73! b 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。
BLfTsNzmt gd%NkxmW 反射光束整形系统的3D视图
?pr9f5 ehzM) uK 
rI= v K28+]qy[
光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。
(G z b 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）。
g7}Gip}.> U `R5 'Tf; 详述案例
wvO|UP H\ ciBP7>':: 模拟和结果
Ixb=L (V [Y|8\Ph`& 结果：3D系统光线扫描分析
0 h#l JS* 首先，应用光线追迹研究光通过
光学系统。
sy:[T T!w 使用光线追迹系统分析仪进行分析。
PDJr<E? Gw>^[dmt! file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd
77C'*tt1] e- :yb ^ 使用参数耦合来设置系统
.{ocV#{s R)_%i<nq\ 自由参数：
~ zHjMo2 反射镜1后y方向的光束半径
F_w
Z"e6 反射镜2后的光束半径
)WRLBFi3 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量）
R<\F:9 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。
C7rNV 0.Fq 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。
h]. <t& |jI# "LbF 
'8Q]C*Z pWy=W&0~qf 
oe%} ?u u[@l~g wL 自由参数：
v*'^r)Q[p 反射镜1后y方向的光束半径
VC Y\be 反射镜2后的光束半径
$G8E 3|k 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量）
`z{%(_+[ 基于光束发散角和直径（x和y方向）焦点，可以计算并设置反射镜的直径和距离z。
7|{}\w(I +MR.>" 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。
VPO
N-{=` uD\?(LM zz+$=(T:M 结果：使用GFT+进行光束整形
XG}C+;4Aw ;XF:\<+ 
{_7 i8c<s= a][f 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。
,5i ` -OI bSiYHRH.e 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。
_7H7
dV < vL,*.zd 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。
Wr<j!>J6Ki >pU$wq|i 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差：
Lx\ 8Z= _2h S";K 
T ? $:'XJ s %qF/70' file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd
!Y$h"<M W}m)cn3@ 结果：评估光束参数
c9HrMgW UYk/v]ZA 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。
h}*/ Ge]aM 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。
@JtM5 qB 
u$>4F|=T +1uF !G&l 整形光束在x和y方向上显示了一个几乎相同的半径。 发散角大约是4urad。
8cU}I4| M2值明显高于1。（与理想高斯光束相比，高M2值是由光束偏离引起的）
dYG,_ji ?%O(mC]u& file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd
C9~52+ S :Pvzl1 光束质量优化
\?Z{hmN 6h lc1? 通常，使用合适的高斯调制光阑以用于优化M2值。 因此，我们使用测量的半径作为腰束半径（消除发散角）来生成一个高斯光束。
.LZwuJ^; 之后，将接收场转换成一个透射函数。 将该传输函数用作光阑（在一个透射函数元件中）。
0O9Ni=' Tn 9f2UgNqe9 结果：光束质量优化
4[.oPK=i <D:.(AUeO 由于通过高斯孔径传播，光束显示出理想高斯形状。 因此，M2值在两个方向上几乎都是1。
1M}5>V{ V,mw[ Hw 
ZX>AE3wk '9S 8}q 然而，光束半径是略有减少。（光束半径显示在最后一张幻灯片是由于其偏离了理想高斯。）
7Nk!1s : u -;_y='m 
Q~OxH'>>( file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd
Jbjmv: db t Z'|DC T 反射镜方向的蒙特卡洛公差
6A>dhU !D@ZYK; 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。
S #MZV@nGF M!/Cknm 这意味着参数变化是的正态
<}E!w_yi d/ARm-D 
P,xKZ{( qH uZch t 对于这个例子，假设每个反射镜都有±0.1°的角度偏差（绝对的方向）。 由于这个偏差，整形光束的波前差明显增加。
Yp H&<$x: 这意味着，波前对对齐误差很敏感。
`}(b2Hc> }])oM|fgO 
"Q!(52_@J qyF{f8pzq file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run
:[O
8 6kNrYo m 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）
-* $HddD \MbB# 
<~6h|F8 fDT%! 由于波前差和因此校准的偏差更大，M2值明显增加。可以使用高斯孔径来减少。
pm _`>3 `G n50-@ 总结
Ove<mFI\ h-G)o[MA 实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。
(Dw,DY9 1.模拟
Y"~gw~7OD 通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。
G&i!Hs 2.研究
8zRP (+&W 为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。
9f hsIe
3.优化
PmKeF} 通过使用显示出高斯整形孔径函数和经典场追迹引擎来优化M2参数。
np8gKV D 4.分析
\HKxh:F' 通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。
)TVFtI=,NN 可以使用VirtualLab Fusion非常有效地模拟和分析复杂的光束整形装置，尤其是离轴系统。为此，根据情况应用不同的模拟引擎。
Nd$W0Y N: TygW0b 1 参考文献
K
P Oa|$ [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).
g;2?F[8T h \#Pfj &* 进一步阅读
{ OXFN;2 %kS(LlL+6 进一步阅读
=p*]Az 获得入门视频
:-/M?,Q" - 介绍光路图
t 5y;CxL - 介绍参数运行
.?R!DYC` 关于案例的文档
N"]q='t - BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens
'}fzX2Q# - BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens
Jtr"NS?a] - BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing
D|e
uX7b - BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair
