光束传输
系统（BDS.0005 v1.0）
Ae zXou& 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
jtpN o ~O I}0 - %a^!~qV 简述案例
(xJBN ?NRO ]b=A/*z 系统详情
JJOs
L!@
光源 . z7f_KX^ - 强象散VIS激光二极管
} 4`YdN 元件
g8@HAV^H - 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜）
dsoRPX']= - 具有高斯振幅调制的光阑
;.m[&h 0 探测器
HY#("=9< h -
光线可视化（3D显示）
dM.Ow!j - 波前差探测
r~a} B.pj - 场分布和相位计算
Z{)|w= - 光束
参数（M2值，发散角）
fb=vO U 模拟/设计
b|'LtL$Y - 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算
bbA<Zp - 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）：
md_s2d 分析和
优化整形光束质量
sW`iXsbWM> 元件方向的蒙特卡洛公差分析
oYm"NDS_. 3VgH* vAU} 系统说明
Ps,w(k{d w5R9\<3L 
P9~kN|
模拟和设计结果
` u)V 9{ Ok"we c+, 
Gwk@X/q 场（强度）分布 优化后
数值探测器结果
t)b>f~ } z@hx@N/ 
| '(IWU 
8[XNFFUZs F<1'M#bl 总结
#Z5~a9rO ,
>6X_XJQ 实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。
R|yT UGY 1.模拟
nI` 1@ vB& 使用光线追迹验证反射光束整形装置。
32 J 2.评估
Jx,s.Z0@7, 应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。
VAz+ J 3.优化
C u5
- w 利用一个具有高斯形状孔径函数的光阑和经典场追迹引擎来优化M2参数。
]vG)lY.= 4.分析
;0WlvKF 通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。
w%"q =V yw^, @' 对于复杂的光束整形装置，特别是离轴系统，可以使用VirtualLab来进行高效的模拟和分析。模拟过程中，根据情况应用不同的模拟引擎。
}?$Mh ) riQ?'!a7 详述案例
l$NEx0Dffz 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。
Z H*?~ # 之后，研究并优化整形光束的质量。
jk?(W2c#{ 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。
qz):YHxT]n \>Q,AyL 模拟任务：反射光束整形设置
"^%Il 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。
Z7/lFS'~N CK% W +"; 
l K%Hb= 7eyh9E!_I 
l,3tU|V 23m+"4t 规格：像散激光光束
iWEYSi\)n UHwrssX&3 由激光二极管发出的强像散高斯光束
SX.v5plhc 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动
Ib C)F> Dq ]y/:#^M+ 
bzTM{<]sv ud1E@4;qf 
jA'+>`@ SqLKF<tY]/ 规格：柱形抛物面反射镜
/6fs h7 \ USY^
[@o[f 有抛物面曲率的圆柱镜
1>LquZ+Kj 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面
4i \n1RW 曲率半径等于
焦距的两倍
? M);wBe( ?uLqB@!2 _;9)^ })$ 规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型）
+Y+kx"8 {W ChD&v 对称抛物面镜区域用于光束的准直
6\L,L & 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型）
{1 mD(+pJ{ 离轴角决定了截切区域
{$JIR}4S H}/1/ 5 L 规格：参数概述（12° x 46°光束）
A.Njn(z?Lz 'DPSM?]fA 
x
:s-\>RcA )deuB5kz 光束整形装置的光路图
OmW|\d PU {Ffr l(* 
uQ}kq7gd 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。
.#SWfAb2h 因为离轴抛物面镜的位置是相对于它的焦点，那么到反射镜2的距离z必须是负的。
fQ@["b k 'o?/ 反射光束整形系统的3D视图
Gvw el!6 -3C~}~$>` 
k K(, FB @W8RAS~
光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。
asb") NfIm 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）。
m i+I )b= q0o6%c:gW 详述案例
*@< jJ P4 ( Qnn 模拟和结果
V*)gJg _?8T'?-1 结果：3D系统光线扫描分析
EJZ2V>\_-0 首先，应用光线追迹研究光通过
光学系统。
tO# y4< 使用光线追迹系统分析仪进行分析。
MZ.Jkf( N 6eY-`4y file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd
dCBJV S&y CclM 使用参数耦合来设置系统
5,A/6b :?zOL w?( 自由参数：
KpWQ;3D2 反射镜1后y方向的光束半径
><Z2uJZ4x 反射镜2后的光束半径
I 2b[ 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量）
-7u4f y{T 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。
/Bc
;)~ 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。
q~lmOT~E 3OTSLF/ 
Wh7$')@ cP-6O42 
w%htY.- sXAX HZ{ 自由参数：
9d
v+u6) 反射镜1后y方向的光束半径
\
FA7 +Q 反射镜2后的光束半径
E/ Pa0. 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量）
@f5X
AK? 基于光束发散角和直径（x和y方向）焦点，可以计算并设置反射镜的直径和距离z。
3a =KgOvp jl@xcs]# 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。
]P-;]*&= lUDzf J}3 n@ xU5Q 结果：使用GFT+进行光束整形
]cbY@U3!2 EBJaFz' 
.Sm7na
K `.@N9+Aj 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。
9R!.U\sq 8[eH8m#~$ 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。
=O CHV+m jZ)1]Q2 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。
Rgg(rF=K6 ^ ;M!u8 [ 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差：
f"S^:F 0 (@]{=q< 
) "'J]6 S?&ntUah file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd
lbMb a
*>$6H; 结果：评估光束参数
q W dL|8 `uY77co6 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。
w18kTa!4@ 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。
E` BL3+k Q 
G o8 m PKk_9Xd 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。
(Zp'|hx8o 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）
)D Y?Y-n yy@g=<okt\ file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd
yqZKn=1: (wke o{lx 光束质量优化
Bf.@B0\ t
?rUbN 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.B!-< 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）。
THC34u] U2seD5I 结果：光束质量优化
Pi`}-GUe, ry0P\wY} 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。
y\]:&)?&C^ ~0eJ6i 
*Mk5*_
!{jDZ?z{h 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。）
C0J/FFBQ ^ @uApm~} 
n'>`2 s file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd
<;G.(CK@n w,n&K6< 反射镜方向的蒙特卡洛公差
=c:K(N qL O8qA2@, 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。
xj\! Sn2 jt=%o a 这意味着参数变化是的正态
eT0Yp {FNmYneh?6 
0e-M 24,C u[k0z!p_ c 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。
K?`Fpg ( 这意味着，波前对对齐误差很敏感。
[,JUC< ~qekM> z 
0Zcv pR?G 1ayL*tr file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run
2[z FKK :(ni/,~Q 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）
,ELbm j6}/pe*;;T 
A0JlQE&U dz _~_| 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。
u)J&3Ah% W~b->F 总结
k bu.KU+ 6_}&
WjU' 实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。
l1 Nr5PT 1.模拟
l7vU{Fd-h^ 通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。
|} $ZOwc 2.研究
7
G37V"'' 为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。
l<X8Ooan#{ 3.优化
v@n0ma= 通过使用显示出高斯整形孔径函数和经典场追迹引擎来优化M2参数。
!Z(3dtUy 4.分析
xQ~} 9Kt\ 通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。
)/Z%
H Bn 可以使用VirtualLab Fusion非常有效地模拟和分析复杂的光束整形装置，尤其是离轴系统。为此，根据情况应用不同的模拟引擎。
<9Sg,ix't Oc A;+}> 参考文献
*e/8uFX [1]M. Serkan, H. Kirkici, and H. Cetinkaya, “Off-axis mirror based optical system design for circularization, collimation, and expansion of elliptical laser beams”, Appl. Optics 46, No. 22, 5489-5499 (2007).
d K.k,7 R I.'(n8* 进一步阅读
_e4 %<!1 {XR 3L'X 进一步阅读
+s$` kl 获得入门视频
a>6@1liT - 介绍光路图
KcPI ,.4{ - 介绍参数运行
:^b jn3b 关于案例的文档
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