光束传输
系统（BDS.0005 v1.0）
=kc{ Q@Dk 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
zIAMM Fk9(FOFg mmjB 1 L 简述案例
U_8I$v-~ 3p4bOT5 系统详情
j_H
T
光源 }E1Eq - 强象散VIS激光二极管
v'@LuF'e8 元件
E
Fv+[ - 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜）
11-uJVO~* - 具有高斯振幅调制的光阑
v Cmh3TQ 探测器
a0LX<} -
光线可视化（3D显示）
+_}2zc4 - 波前差探测
~Igo
8ykl - 场分布和相位计算
/nmfp& @ - 光束
参数（M2值，发散角）
,pG63&?j 模拟/设计
z`2d(KE? - 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算
=lmh^**4 - 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）：
>S3 >b 分析和
优化整形光束质量
7> ]C2! 元件方向的蒙特卡洛公差分析
e.kt]l bG&qgbN> 系统说明
Uh8ieb $ta#] >{ 
*Xnq1_K} 模拟和设计结果
5(|ud)v R"=M5 
h
,n!x:zy@ 场（强度）分布 优化后
数值探测器结果
.KLuGb 3JJ N|)V/no 6 
gjWH
}(K 
]a%Kn]HI&2 ;$/G T 总结
S mu x&e !Yf0y;e|: 实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。
'[E_7$d 1.模拟
syfR5 wc 使用光线追迹验证反射光束整形装置。
~S6N'$^ 2.评估
iTvCkb48m 应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。
\*
#4 3.优化
=>J#_Pprn 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。
)5v .9N 6v 4.分析
Qw-qcG 通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。
s#fmGe"8 # 0 (\s@r. 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。
Uwk|M?94 [<;2 C 详述案例
!R@4tSu $F%?l \7j 系统参数
B;Z^.3 u5yg bCm 案例的内容和目标
I$LO0avvH2 !;a <E: 在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。
5b'S~Qj#r$ m t^1[ 
Uf<vw3 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。
*)1z-rH` 之后，研究并优化整形光束的质量。
\nWpV7TSN 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。
>KFJ1}b|3 Z#O3s:` 模拟任务：反射光束整形设置
GZt] 38V)g 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。
"U .=A7r V LN3x.BY 
9="sx 8? 6hq)yUvo4 
nSiNSLv BxU1Q& 规格：像散激光光束
Z(eSnV_RL -`UlntEdZ: 由激光二极管发出的强像散高斯光束
mK-:laIL" 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动
dFFqs& c Q
3lN+fQ>)S 
POXn6R!mM1 Biy 9jIWI 
W!X]t)Ow ^ym{DSx 规格：柱形抛物面反射镜
;I'/.gW;{ >6 #\1/RP 有抛物面曲率的圆柱镜
E}=NZqOB! 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面
X%CPz.G 曲率半径等于
焦距的两倍
2A|6o*s" v!xrU yN~m w#,v n8 规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型）
a6E" GcCs}(eo 对称抛物面镜区域用于光束的准直
G |^X:+ 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型）
I "2FTGA 离轴角决定了截切区域
w "i Z n f :5/y^ M& 规格：参数概述（12° x 46°光束）
R
<\Yg3m8 ooSd6;' 
AHY)#|/) E | 光束整形装置的光路图
Q {hOn] " vKC&Qi ; 
h';v'"DoW` 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。
;i :wY& 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。
TWEqv<c `&zobbwq 反射光束整形系统的3D视图
m4>o E|\ 8]\h^k4f 
n k
9 K\I
)\Q|}JV
光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。
nV*s dSt 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）。
s'Gy+h. QvN
< uxm 详述案例
86F+N _>Z jgw'MpQm{ 模拟和结果
r.^ X>? [#'_@zZz 结果：3D系统光线扫描分析
)#~fS28j 首先，应用光线追迹研究光通过
光学系统。
d}cJ5 !d 使用光线追迹系统分析仪进行分析。
$ow`) ?sh L"6/"L file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd
NO p= / Q]UYG( 使用参数耦合来设置系统
f+Li '? , %O3^7i 自由参数：
!DL53DQ# 反射镜1后y方向的光束半径
EoR6Rx@Z 反射镜2后的光束半径
3# 9r4;& 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量）
Bl\kU8O- 由于功能原理，所有系统参数（距离，焦距，直径）可以由光束参数分析计算。
QfWu~[ 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。
)}\@BtcjA] aEdJ ri 
To%*)a -0WCwv 
n12c075 S&]<;N_B 自由参数：
={@ @`yP^$ 反射镜1后y方向的光束半径
qg sE7 ] 反射镜2后的光束半径
V?dK *8s 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量）
{59VS
Nl 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。
:42;c:8 5 y"L`bl A9} 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。
O rJlHMz lT!$\E$1
FK >8kC 结果：使用GFT+进行光束整形
fA0=Y,pzv q.sQ Z]ty9 
KXA) i5z maEpT4 3f 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。
C*6)Ut ' 2$W,R/CLh 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。
'Qq_Xn 8 UMi`u6# 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。
iA {jKk= z "$d5XR 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差：
S @zkoj@ -Dq:Y,%q 
nC.2./OwMf +y4AUU:Q file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd
! }?jC p p {r2|fg i 结果：评估光束参数
?r E]s!K {!e ANm' 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。
)Z]y.W ) 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。
J[Yg]6 
`CEj 4 <6O _t,K] 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。
Y0fO.k#C^ 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）
?(ls<&s{w qM!f file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd
N| O]z VMye5 P 光束质量优化
* :tjxC hB}h-i(u 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。
;, v L 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）。
1mVVPt^6 Ao, ! z 结果：光束质量优化
[aM ' -S%q!%}u 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。
$K_YC~ pz35trW 
t-7U1B}=<C 6+B{4OY 然而，光束半径是略有减少。（光束半径显示在最后一张幻灯片是由于其偏离了理想高斯。）
o|;eMO- YaNH.$.: 
W6Aj<{\F file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd
J1]w*2 Tq\~<rEo 反射镜方向的蒙特卡洛公差
1^f.5@tV oS#'u 1k 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。
@6
;oN v]{uxlh 这意味着参数变化是的正态
\9(- /rE KW|\)83$ 
jWK@NXMH Z 5)_B,E: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。
:IVk_[s 这意味着，波前对对齐误差很敏感。
E R]sDV ZG @M%|> 
]C
~1]7vb b WbXh$ file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run
] Q4PbW w &|R5Q 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）
9XoQO 9*Q S'!q}|7X 3 
&`yOIX-H_ GT'7,+<?N 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。
)v52y8G-p
$' (QTEM 总结
<wt$Gglk /$9BPjO{ 实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。
sCF40AoY& 1.模拟
S~k*r{?H}) 通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。
Z%+BWS3YqY 2.研究
`D)Lzm 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。
nJl eef9 3.优化
| /;U)M 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。
P1i*u0a 4.分析
^I Ve[P' 通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。
\+iu@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。
ms}f>f= j1puB 参考文献
{4:
-0itG [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).
WgA`kT } qiF^D} 进一步阅读
WGh. ;- iz Ph1YA 进一步阅读
hhpv\1h# 获得入门视频
B f5&}2u - 介绍光路图
<Zp^lDxa - 介绍参数运行
L6:W'u^ 关于案例的文档
mG831v ? - BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens
Q P FeBl - BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens
{)V? R - BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing
ge0's+E+1 - BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair
