光束传输
系统（BDS.0005 v1.0）
TA#pA(k 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
yK_$d0ZGE~ [DtMT6 F3 ;9Wimf]G,E 简述案例
J10&iCr{r* 8CvNcO;H0 系统详情
t0^)Q$
光源 QlH[_Pi - 强象散VIS激光二极管
,wy Eo>>4) 元件
\vW '\} - 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜）
c /(Dg$DbX - 具有高斯振幅调制的光阑
I}]UQ4XJ 探测器
zYftgH_o -
光线可视化（3D显示）
i+I 1h= - 波前差探测
J DOs.w - 场分布和相位计算
=#&+w[4?&. - 光束
参数（M2值，发散角）
9.6ni1a' 模拟/设计
B!)Tytm9u - 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算
w.=rea~ - 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）：
,z+n@sUR: 分析和
优化整形光束质量
1{qG?1<zZ6 元件方向的蒙特卡洛公差分析
m*KI'~#$% &nY#G HB 系统说明
+.*=F n 22 =:H E F;! 
b.)jJLWv@ 模拟和设计结果
Jl$
X3wE 5R1? jl m 
~cfvL*~ 5 场（强度）分布 优化后
数值探测器结果
xi)M8\K 5mm&l+N) 
#aKUD 
Nfmr5MU_ (/i|3 P 总结
(>*L- &- UGoB7TEfn 实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。
r[2*K 9 1.模拟
g}*p(Tp9: 使用光线追迹验证反射光束整形装置。
^<j
=.E 2.评估
&NI\<C7_Gw 应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。
zN \C 3.优化
:y_] JL;w 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。
Lu4>C 2{ 4.分析
6ywO L'OBM 通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。
X*&Thmee ]qEg5:yY 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。
Q>L . bj?=\u 详述案例
hF5(1s}e$ /9?yw! 系统参数
(!9+QXb' _k(&<1i 案例的内容和目标
SPtx_+ Q)S I(Vg 在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。
?& VKZSo
_93:_L 
"@Qg]#]JH 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。
jQ-2SA O 之后，研究并优化整形光束的质量。
*\`<=,H6< 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。
h)z2#qfc ,!P} Y[| 模拟任务：反射光束整形设置
b]N&4t 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。
Qp>Z&LvC5 2M+ *VO 
? Q"1zcX a o@CPB6N 
Iq
0 ew X-psao0tI` 规格：像散激光光束
6<f(Zv? I 9d!m Gnl 由激光二极管发出的强像散高斯光束
X u|2@ ?l9 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动
S[N9/2 Epm8S}6K 
!mUO/6Q hq y43ha 
4Of kagg C3(h j 规格：柱形抛物面反射镜
\(r$f!` .s KfwcYu4 有抛物面曲率的圆柱镜
r^ABu_u(`I 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面
S7~HBgS< 曲率半径等于
焦距的两倍
6r`Xi& Xx \,<8Xn al7D3J 规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型）
eK}GBBdO ?MS!t6 对称抛物面镜区域用于光束的准直
K@ a#^lmd 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型）
3 {|]@ L 离轴角决定了截切区域
@7{.err! _7dp(R 规格：参数概述（12° x 46°光束）
> iYdr/^a ^$[iLX 
8i)9ho< js% n]$N 光束整形装置的光路图
)mjGHq 2 [\ &2& 
{@k
, e 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。
@ 'U`a4 因为离轴抛物面镜的位置是相对于它的焦点，那么到反射镜2的距离z必须是负的。
Qraa0]56 Np/vPaAk 反射光束整形系统的3D视图
F@zTz54t SIc~cZ!Yu 
,qNbo
11 d ,.=9
光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。
t]?{"O1rC 绿线表示生成的光轴，由VirtualLab的基础定位方法生成（仅仅设置了距离z和倾角）。
d]N_<@tx9 XWq"_$&LF 详述案例
U]g9t<jD n^*,JL 9@ 模拟和结果
{CNJlr@z O2"V'( 结果：3D系统光线扫描分析
[a?bv7Kz 首先，应用光线追迹研究光通过
光学系统。
ngI+afo
使用光线追迹系统分析仪进行分析。
y9w,Su2 >qmNT/ file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd
14*6+~38m&
eC L_c>3! 使用参数耦合来设置系统
PWkSl ( GoPXh 自由参数：
]'$:Y 反射镜1后y方向的光束半径
-)R
=p"-w 反射镜2后的光束半径
15yiDI
o 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量）
.tQ(q=# 由于功能原理，所有系统参数（距离，焦距，直径）可以由光束参数分析计算。
'yV*eG?^& 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。
/XU=l0 u Kf_xKW )^ 
0)ZLdF_6 16 \)C/* 
2 )3oX kE| x'(x 自由参数：
p1 (" 反射镜1后y方向的光束半径
_x^rHAD p 反射镜2后的光束半径
G;EJ\J6@Yw 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量）
3i'01z 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。
'f.k'2T PsD)]V9%: 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。
uZ'Z-!=CL g,W34*7=Q Mc!LC
.8 结果：使用GFT+进行光束整形
5UG9&:zu'V q8 FpJ\ 
rBy0hGx 8Op^6rX4 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。
xtKU;+# t1yOAb I 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。
0Ub'=`]5a oe0YxSauL 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。
b?qV~Dg k` [-\U)>MY(p 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差：
,np|KoG|M (: ?bQA'Td 
USHQwn)% \sfc!5G file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd
dQ9W40g1 { 9.UeVz 结果：评估光束参数
o4Cq /K h.KgHMV` 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。
&m
GU 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。
+
#E?) 
K<`W>2" )+=Kh$VbS 整形光束在x和y方向上显示了一个几乎相同的半径。 发散角大约是4urad。
,2 +d+Zuh M2值明显高于1。（与理想高斯光束相比，高M2值是由光束偏离引起的）
#g0N/ 1 1ky rv file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd
e6
x#4YH ! H{>c@i 光束质量优化
O:pg+o& DT)] [V^w 通常，使用合适的高斯调制光阑以用于优化M2值。 因此，我们使用测量的半径作为腰束半径（消除发散角）来生成一个高斯光束。
k;2.g$)W[c 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）。
=&qH%S6 '
i<4;=M& 结果：光束质量优化
>goHQ30: 8oXp8CC 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。
. Dl ?a>I qu dY9_ 
r|j M; ZGsd cnz 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。）
V2M4g "5O> egt 
O8_! !Qd file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd
qSG0TWD!pq z,7;+6*= L 反射镜方向的蒙特卡洛公差
U{LS_VI~ Sy4 |JM-5 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。
zUZET'Bm9 Kg2Du'WQ^ 这意味着参数变化是的正态
QjG/H0*mP F4WX$;1 
9y; }B
y
. =t:Uy 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。
)T^w c: 这意味着，波前对对齐误差很敏感。
_z{9V7n4 d;wq@ e 
<eS/-W %n6 (_>Su QK file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run
J:>o\%sF 8>6<GdGL<n 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）
:yJ([ XM*5I 4V 
D1 v0`od' !6RDq` 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。
NCG;`B`i ^B} m~qT 总结
qQG? k~r ag47 $9( 实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。
t8h*SHD9 1.模拟
C58o="L3S 通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。
nXoDI1<[ 2.研究
/V/NL#(R 为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。
.74 C~{}$ 3.优化
a|oh Ad 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。
.r6x9t 4.分析
Lw _|o[I} 通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。
]H}2|~c 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。
I^ ![)# FC &Mudu/KTr 参考文献
SlR//h [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).
*.k*JsU~B r~ f;g9I 进一步阅读
PQSmBTs. ~M} K]Li 进一步阅读
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nQ+5jGP1 - 介绍参数运行
j=M%*`@ 关于案例的文档
<4vCx - BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens
Q*PcO \Y!y - BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens
}8aqSD<: - BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing
7kE+9HmfMk - BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair
