光束传输
系统（BDS.0005 v1.0）
tS|zf,7 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
T FNU+ i1@g Hk 0M2+?aKif 简述案例
`|?$; ) Pm;*Jv% 系统详情
bJ!f,a '/
光源 0 3 $
W - 强象散VIS激光二极管
` ^k<.O 元件
0MGK3o) - 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜）
EoW zHa - 具有高斯振幅调制的光阑
H1i4_ T 探测器
I VODR -
光线可视化（3D显示）
K
:ptfD - 波前差探测
Dq 4}VkY - 场分布和相位计算
J n&>Z? @ - 光束
参数（M2值，发散角）
&`2*6
)qa 模拟/设计
t1g%o5?; - 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算
ui0(#2'h% - 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）：
z4:09!o_ 分析和
优化整形光束质量
2;r^~: 元件方向的蒙特卡洛公差分析
cty#@?" e jF85bb$ 系统说明
S9055`v5 Ps4A
B#3 
qqre d>K 模拟和设计结果
98nLj 9 Q 5TyS8 
Nx
z ,/d 场（强度）分布 优化后
数值探测器结果
481 u1 V t;&2v 
[c )\?MWW 
!& %bl A1T;9`E 总结
vG:,oB} u)>*U'bM 实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。
4HmRsOl 1.模拟
(:]iHg3 使用光线追迹验证反射光束整形装置。
:b)@h|4 2.评估
,kuOaaV7K 应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。
'Q,<_ L" 3.优化
-q|M=6gOs 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。
KO$8lMm$ 4.分析
[/]3:| 通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。
lR^Qm| ;yrcH+I$_ 对于复杂的光束整形装置，特别是离轴系统，可以使用VirtualLab来进行高效的模拟和分析。模拟过程中，根据情况应用不同的模拟引擎。
)A;<'{t #L K 2v)"|T) 详述案例
G&Sg .<hn ||NCVGJG 系统参数
zaPR>:r0 ?q`mr_x%? 案例的内容和目标
M!@[lJ uS.a9
Q( 在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。
rMloj8O* "E#%x{d 
5@5="lNjS 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。
l>q .BG 之后，研究并优化整形光束的质量。
kp"cHJNx 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。
FiL
JF! ] "_'o~ 模拟任务：反射光束整形设置
qIp`'.#m 引入的反射光束整形装置是基于一个反射镜系统，此系统由两个抛物面圆柱反射镜镜与抛物面截面反射镜组成。焦点距离和镜子的位置取决于输入光束的发散角。
qpCi61lTDJ GrIdQi ^8 
#y% Ao\~kG ,oe4*b}O=. 
IC~D?c0H: qxh\umm+2 规格：像散激光光束
hG)lVo!L4j r?*?iw2g 由激光二极管发出的强像散高斯光束
~o$=(EC 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动
['j,S<Bu~ y0^FTSQ| 
UI'eD)WR Ho|n\7$ 
"m5ZZG#R` ]T`qPIf;yJ 规格：柱形抛物面反射镜
hG]20n2 4mg&H0 ! 有抛物面曲率的圆柱镜
'@bA_F( 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面
2{\Y<%. 曲率半径等于
焦距的两倍
2(|V1]6D? [g_@<?zg __ [q` 规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型）
L3\{{QOA F9" K 对称抛物面镜区域用于光束的准直
q\<vCKI-^ 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型）
d=XhOC$ 离轴角决定了截切区域
6dp~1 9T^ 6(=:j"w0 规格：参数概述（12° x 46°光束）
~x+w@4)a> `P~RG.HO 
dew u@ ]]4E)j 8 光束整形装置的光路图
B~IOM .^,vK7 
R<)uvW _@ 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。
s zg1.& 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。
Qt$Q/<8U "% Ak[04' 反射光束整形系统的3D视图
} e$);A| V !$m {)Y 
#S5vX<"9 d8>D=Ve
光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。
sQvEUqy9 绿线表示生成的光轴，由VirtualLab的基础定位方法生成（仅仅设置了距离z和倾角）。
f!yxS?j3 CT : ac64 详述案例
n3w 2 & =}[V69a 模拟和结果
T+fU +GLD @`yfft 结果：3D系统光线扫描分析
aw`mB,5U 首先，应用光线追迹研究光通过
光学系统。
q0 <g#jK 使用光线追迹系统分析仪进行分析。
(|-/S0AV .B@;ch, file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd
MX34qJ9k 03xQ%"TU< 使用参数耦合来设置系统
K h> ^;`h
2r[,w] 自由参数：
= FQH 反射镜1后y方向的光束半径
.Qaqkb-Ty 反射镜2后的光束半径
8LL);"$ 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量）
lk}x;4]Z 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。
@ 9uwcM1F 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。
2yNlQ P8% lL ?;?V~ 
D 6(w}W D_{J:Hb 
pD { Li\LY n\QG-?%Pi 自由参数：
84k;d; 反射镜1后y方向的光束半径
@!-= :<h 反射镜2后的光束半径
,^3D"Tky 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量）
Gr_I/+< 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。
=3@^TW(j
QS!b]a3 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。
S7V;sR"V2 C][`Dk\D{ wL *z+>5 结果：使用GFT+进行光束整形
q>Y_I<;'g I |:*Dy,~ 
X(8 ] 9 I++!F,pB 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。
,}NG@JID >0> M@s 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。
dsh}-'> QF>H>=Za= 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。
\"5 \hX~dS C'{Z?M> 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差：
HLS^Ga,( 'h:4 Fzo< 
5K8\hoW{ i 'a M#4V file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd
CxO) d7c XOxm<3gXn 结果：评估光束参数
I %%$O' S [ML4<Eb+ x 从生成的整形光束场分布，可以评估光束参数。 可以直接通过使用探测器界面实现。
ohwQ%NDl 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。
A/'G .H 
-wY6da*.W '0[l'Dt' 整形光束在x和y方向上显示了一个几乎相同的半径。 发散角大约是4urad。
4kx#=MLt M2值明显高于1。（与理想高斯光束相比，高M2值是由光束偏离引起的）
/({5x[ TiH(HW|: file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd
BYu|loc \ PL92HV 光束质量优化
FC(m)S2 t ]Vw` z%G 通常，使用合适的高斯调制光阑以用于优化M2值。 因此，我们使用测量的半径作为腰束半径（消除发散角）来生成一个高斯光束。
t hS#fO4]d 之后，将接收场转换成一个透射函数。 将该传输函数用作光阑（在一个透射函数元件中）。
w=OT^d 9n ~ejHA~QC 结果：光束质量优化
hj-M
#a uu(.,11` 由于通过高斯孔径传播，光束显示出理想高斯形状。 因此，M2值在两个方向上几乎都是1。
py)V7*CgH Am- JB 
'A4L r
\&SP7~-eq 然而，光束半径是略有减少。（光束半径显示在最后一张幻灯片是由于其偏离了理想高斯。）
KBXdr5 2" Xc'yz 2B 
ym-2 12wl file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd
J )*y1 K 5!k06;s 反射镜方向的蒙特卡洛公差
R_ /T bz J`\%'pEn 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。
t0?\ 5q n`CmbM@@ 这意味着参数变化是的正态
BHa!jw_~o y9:|}Vh 
^5xY&1j
~B/|#o2 对于这个例子，假设每个反射镜都有±0.1°的角度偏差（绝对的方向）。 由于这个偏差，整形光束的波前差明显增加。
R9{6$djq\: 这意味着，波前对对齐误差很敏感。
([s2F%S`@ T"3WB o 
O75ioO0 $vicxE~-E file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run
B >gC75 V[CS{Hy' 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）
QRx' BY$5 9Lv`3J^~ 
'j>Q7M7q{ J1g
`0XH 由于波前差和因此校准的偏差更大，M2值明显增加。可以使用高斯孔径来减少。
S__+S7]Nr *|MPYxJ< 总结
]l`?"X|^ vfmKY iLp 实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。
v cq L 1.模拟
PJO +@+"{@ 通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。
v;irk<5 2.研究
c!E+&5|n 为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。
H2[ S]`? 3.优化
X`[or:cB
通过使用显示出高斯整形孔径函数和经典场追迹引擎来优化M2参数。
^?w 6 4.分析
0lY.z$V 通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。
SkVW8 n*s 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。
^\J/l\n L/#^&*' B 参考文献
d8e6}C2v [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).
x>7}>Y*( HP"5*C5D 进一步阅读
8+Oyhd*| Ez+.tbEA, 进一步阅读
Ol Q7Yi> 获得入门视频
l. !5/\ - 介绍光路图
/mF%uI>: - 介绍参数运行
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