光束传输
系统（BDS.0005 v1.0）
@-07F,'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
)N{Pw$l_ ~Y[r`]X`"m @f>-^ 简述案例
G `D`Af/B JJ-( Sl 系统详情
zy?|ODM
光源 Rxt^v+ ,$ - 强象散VIS激光二极管
-a}Dp~j 元件
PA{PD.4Du - 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜）
[-1^-bb - 具有高斯振幅调制的光阑
l+K'beP 探测器
D(op)]8 -
光线可视化（3D显示）
x
M/+L:_< - 波前差探测
/|m2WxK) - 场分布和相位计算
4HXo >0 - 光束
参数（M2值，发散角）
.^33MWu6 模拟/设计
XAKs0*J> - 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算
S/hQZHZHg, - 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）：
F@7jx:tI 分析和
优化整形光束质量
#6aW9GO 元件方向的蒙特卡洛公差分析
.bl/*s J 9nX"Sb 系统说明
IJp-BTO{V #4NaL 
`,*3[ 模拟和设计结果
m]0;"jeL 1p3z1_wrs 
y3Q sv 场（强度）分布 优化后
数值探测器结果
ij `w} V :as$4| 
J7 $5s 
=!A_^;NQf :A_@,Q 总结
=_*Zn(>t` ?3`UbN: 实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。
Y=?3 js?O 1.模拟
Xf]d. : 使用光线追迹验证反射光束整形装置。
x_Y!5yg
E 2.评估
:uS\3toj 应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。
CI 0C1/:@ 3.优化
9wUkh}s 利用一个具有高斯形状孔径函数的光阑和经典场追迹引擎来优化M2参数。
r.&Vw|*> 4.分析
? pmHFlx 通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。
<8&au(I,vB R$<&ie6UQ 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。
9d659i C FIhk@TKa 详述案例
1<@W6@] ;?i W%:_, 系统参数
20 h, ^ AM \'RHL 案例的内容和目标
BoWg0*5xb -zgI_u9=EB 在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。
,/I.t DH z'n:@E 
I-*S&SiXjI 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。
%p=M; 之后，研究并优化整形光束的质量。
pofie $ 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。
n5NsmVW \x xGg )Y# 模拟任务：反射光束整形设置
{rw|# Z>A 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。
j{A y\n ( azp):*f(" 
I" <\<^B< _C?hH WSf" 
LckK\`mh (m/G(wg 规格：像散激光光束
v>)"HL"XG PiIpnoM 由激光二极管发出的强像散高斯光束
S`0(*A[W* 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动
(Zrj_P`0 [ q,|j]+ 9q 
9} <ile7^ +gtbcF@rx 
JIOR4' 9 Yuji qi]J; 规格：柱形抛物面反射镜
]Ie 0S~ v MH 有抛物面曲率的圆柱镜
"(~^w=d:$ 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面
6j]0R*B7`Q 曲率半径等于
焦距的两倍
f+,qNvBY/ EgCAsSx( )_S(UVI 5 规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型）
K=h9Ce ??vLUv 对称抛物面镜区域用于光束的准直
| rtD.,m 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型）
c9 _ rmz8 离轴角决定了截切区域
|FZ/[9*
:KP @RZm 规格：参数概述（12° x 46°光束）
k)=s> &hl 051 E6 - 
YfKdR"i+. E]n&=\ 光束整形装置的光路图
Hd ={CFip ,m|h<faZL 
F/kWHVHU[ 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。
T_5H&;a 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。
YZ8>Ow Qz2 eJX9_6m- 反射光束整形系统的3D视图
uh > ; 8 yjJ5>cg 
Vv=. -&' sBg.u
光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。
xdt-
;w| 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）。
-- 95Jz z,p~z*4 详述案例
A]oV"`f `mJ6K&t$< 模拟和结果
[]1C$.5DD V6X 0^g 结果：3D系统光线扫描分析
.?sx&2R2 首先，应用光线追迹研究光通过
光学系统。
wJo}!{bN 使用光线追迹系统分析仪进行分析。
.[OUI !?h;wR file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd
iz PDd{[ SO'vp z{ 使用参数耦合来设置系统
O m2d .7S /7F:T[ 自由参数：
d/kv|$XW 反射镜1后y方向的光束半径
0~/_|?]`7 反射镜2后的光束半径
N S[l/0F& 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量）
=-n}[Y}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。
CkQ3#L <2 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。
n;Vs_u/Nx f r6 fj 
h3
}OX{k M APGJ"?
4!no~ $b T:yE(OBf 自由参数：
ENs&RZ; 反射镜1后y方向的光束半径
@lr ztM 反射镜2后的光束半径
c<Tf
2]vZE 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量）
y766;
X:J 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。
+a{1)nCXe /@TF5]Ri 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。
BUX pC xQ lzVq1@B ,w4V?>l 结果：使用GFT+进行光束整形
j' "J%e] >!1-lfa8 
tFOhL9T Pw"-S?`( 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。
Z,Dl` w I:1C8*/ 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。
T}v4*O., bP&]!jZ 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。
=MDy s b&: d|Lj ~x| 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差：
$5%SNzzl G3Aes TT| 
.Rs^YZ F ?J > file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd
60?%<oJ oH k>si 5'W 结果：评估光束参数
E""bTz@ FP4P|kl/9' 从生成的整形光束场分布，可以评估光束参数。 可以直接通过使用探测器界面实现。
#BH*Z( 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。
|#R7wnE[k~ 
>e5 qv(y] -;WGS o 整形光束在x和y方向上显示了一个几乎相同的半径。 发散角大约是4urad。
Y\g3h M M2值明显高于1。（与理想高斯光束相比，高M2值是由光束偏离引起的）
a H K}sr,U PtiOz
:zV file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd
7a<DKB ZyFjFHe+ 光束质量优化
N6i Q8P - b,1ePS
通常，使用合适的高斯调制光阑以用于优化M2值。 因此，我们使用测量的半径作为腰束半径（消除发散角）来生成一个高斯光束。
{9.|2%a 之后，将接收场转换成一个透射函数。 将该传输函数用作光阑（在一个透射函数元件中）。
QD]6C2j* \ta?b!Y),? 结果：光束质量优化
iSs:oH3l 3eQ&F ~S 由于通过高斯孔径传播，光束显示出理想高斯形状。 因此，M2值在两个方向上几乎都是1。
-=\c_\ O mrtb*7`$ 
NyNXP_8 p9{mS7R9T 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。）
C,|,-CY =fFP5e [' 
d5:c^` file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd
FXkM#}RgNm ,.FxI l ] 反射镜方向的蒙特卡洛公差
xdkZdx>N WCixKYq 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。
s`~IUNJ@P onxLyx|A 这意味着参数变化是的正态
XVZ d raN0v f 
a<bwzX|. gp.^~p]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。
?^\|-Gr 这意味着，波前对对齐误差很敏感。
Q>Yjy!. <^ YS"=yye 3e 
9CD_ o s\h I51@QJX file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run
C!bUI8x
z 1 /J=uH 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）
t;\Y{` }:)&u|d_ 
ER.}CM6{[ ##" HF 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。
]~3V}z,T* aAUvlb 总结
,Ko!$29[ -e:`|(Mo 实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。
>pe.oxY 1.模拟
o! A +&{ 通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。
;u)I\3`* ! 2.研究
A2Gevj?F$ 为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。
[ ` 7ThHX 3.优化
zy
}$i? 通过使用显示出高斯整形孔径函数和经典场追迹引擎来优化M2参数。
_xhax+,! ~ 4.分析
U z]|N6` 通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。
H9e<v4 c 可以使用VirtualLab Fusion非常有效地模拟和分析复杂的光束整形装置，尤其是离轴系统。为此，根据情况应用不同的模拟引擎。
G" "ZI$` B tcy)LRk 参考文献
8bld3 p"^ [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).
U # qK. Ig>(m49d 进一步阅读
}*]-jWt1J\ 1iF1GkLEq 进一步阅读
~Z' ?LV<t 获得入门视频
3h`f 6 - 介绍光路图
NTs aW}g - 介绍参数运行
$6poFo)U+ 关于案例的文档
nAdf= D'P - BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens
b d!Y\OD - BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens
d /~9&wLSb - BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing
R (n2A$ - BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair
