光束传输
系统（BDS.0005 v1.0）
=Z{O<xw' 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
~Zun&b)S WO7z 0%32=k7O[ 简述案例
46}g7skD L 8c0lx}Nn 系统详情
e|g5=2(Pr&
光源 ]V[q (-Jk - 强象散VIS激光二极管
/Y/UM3/ 元件
gI&#o@Pm - 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜）
a]$1D !Anc - 具有高斯振幅调制的光阑
|5X^u+_ 探测器
V )3KS- -
光线可视化（3D显示）
\e:7)R2<!x - 波前差探测
~ G)S
- 场分布和相位计算
YC*"Thuu - 光束
参数（M2值，发散角）
o5u3Fjz3 模拟/设计
>Ifr [ - 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算
6gkV*|U,e - 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）：
`:ArT }F 分析和
优化整形光束质量
EZgq ?l~5O 元件方向的蒙特卡洛公差分析
GiJ *Wp -$t{>gO#Y 系统说明
C>]0YO
k2 1ufp qqk 
kq?Ms|h 模拟和设计结果
^dI42 4 ?3/qz(bM 
L{#IT. 场（强度）分布 优化后
数值探测器结果
;
8_{e3s 3BzNi' 
=R^%(Py 
##q2mm:a9P DKH-Q(M56 总结
Ij 79~pn KsddA 实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。
l .(v^3:X 1.模拟
.fn \]rUv 使用光线追迹验证反射光束整形装置。
;p.v]0]is 2.评估
d}Xr} 应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。
Av$]|b 3.优化
OP;v bZ 利用一个具有高斯形状孔径函数的光阑和经典场追迹引擎来优化M2参数。
b
k~( ^!R 4.分析
+*\u : n 通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。
|e=,oV" c\/=iVw, 对于复杂的光束整形装置，特别是离轴系统，可以使用VirtualLab来进行高效的模拟和分析。模拟过程中，根据情况应用不同的模拟引擎。
y>S.?H:P /hpY f]t 详述案例
w3N[9w?1 W= ig.- 系统参数
bAdn & l(yZO$ 案例的内容和目标
LmRy1T,act W e)xB 在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。
B[qzUD*P_n Lk|hQ
'"`IC\N^ 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。
HsxVZ.dS 之后，研究并优化整形光束的质量。
Y h7rU?Gj 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。
.Q<>-3\K 9U7nKJ+iby 模拟任务：反射光束整形设置
2v :]tj 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。
3W V"U OwuE~K7b{ 
$5 >e +u.1 ;qF 
_,kj:R. N>Xo_-QCY 规格：像散激光光束
x; w6na / {Is0+) 由激光二极管发出的强像散高斯光束
S&e0u%8mc 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动
{ba q+ W'els)WJ|x 
u\a#{G;Z ?xA:@:l/ 
Mc@e0 oL-]3TY~ 规格：柱形抛物面反射镜
,y1PbA0m 1f%1*L0>@ 有抛物面曲率的圆柱镜
[2>yYr s_= 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面
md=TjMaY 曲率半径等于
焦距的两倍
1}S S+>` ycc4W*] o\BOL3H 规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型）
V4hiG O[ wrviR 对称抛物面镜区域用于光束的准直
2uz W+D6J 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型）
~3^
8>d/ 离轴角决定了截切区域
R$v[!A+:' i1UiNJh86 规格：参数概述（12° x 46°光束）
@>u}eB>Kn S
O4u9V 
imo$-}A < qtr 光束整形装置的光路图
9 eR-
w2 ; eh]k 
bW$,?8( 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。
iM AfJ-oN 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。
'g6\CZw(# \4&fxe 反射光束整形系统的3D视图
kh!FR u h }bs+-K 
[I0:=yJ+ \?w2a$?6w
光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。
1!ii;s^e 绿线表示生成的光轴，由VirtualLab的基础定位方法生成（仅仅设置了距离z和倾角）。
V Q"hUX8 kC WEtbz1 详述案例
? 8)'oM D Hek*R?M| 模拟和结果
!-ok"k0,u eS{!)j_^ 结果：3D系统光线扫描分析
@u.58H& }R 首先，应用光线追迹研究光通过
光学系统。
) dn( G@5 使用光线追迹系统分析仪进行分析。
O80<Z#%j` ^b/ Z)3 file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd
YO#M/%^j Q8C_9r/:N> 使用参数耦合来设置系统
t,Qyf N 2I%MAb&1@ 自由参数：
pSoiH<33 反射镜1后y方向的光束半径
7 zA'ri3w 反射镜2后的光束半径
dOa +(fMe 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量）
'ZT^PV \ 由于功能原理，所有系统参数（距离，焦距，直径）可以由光束参数分析计算。
46$._h
P 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。
uYn_? G dpJ_r> NI 
2K<
8 : a^t3s 
]|!OP uvMy^_}L 自由参数：
: imW\@u 反射镜1后y方向的光束半径
N|1M1EBOu> 反射镜2后的光束半径
48c1gUw oP 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量）
U} & 2k 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。
.)RzT9sg %+f>2 U4I 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。
]*v dS r-J ,3?Q(=j T3~k>"W 结果：使用GFT+进行光束整形
t|a2;aq_ OPwtV9% 
(^s>m ,h MTsM]o 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。
>go,K{cK6 <nE>XAI_7 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。
Hcl(3> Jn2 RzB F~2 >i 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。
&atuK*W> (gy#js # 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差：
,.rs(5.z8/ i8`Vv7LF 
z,Medw6[ mZk]l5Lc file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd
l H#u
>[MX:Yh 结果：评估光束参数
+Fuqch jq P=7zs;k 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。
os,* 3WO 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。
>XK
PTC5H 
;hY S6 Rd2qe / 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。
`Zf^E
>) 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）
|y&*MTfV4L 6""G,"B file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd
aIJt0; 8WtsKOno 光束质量优化
PRr2F-!P (0j}-iaQEZ 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。
TFH \K {DM 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）。
9)}[7Mg:C Id'X*U 7Q 结果：光束质量优化
?,p ;O 5Y. vJz 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。
EKA#|^Q:NX 2 HpHxVJ 
t?q@H8 s8-<m,* 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。）
m5L-67[sB .l>77zM6 
KB%"bqB| file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd
n1JRDw"e$$ d
p2 F 反射镜方向的蒙特卡洛公差
.Si,dc\ #N#'5w-G 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。
$>GgB` '$|[R98 这意味着参数变化是的正态
?3*l{ [@J 3AQZRul 
]%|GmtqZs, J/\V%~
1F 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。
lLp^Gt^}w( 这意味着，波前对对齐误差很敏感。
7N-w eX 'qjeXqGH$ 
VTG9$rQZ .z
6fv file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run
MOsl_^c BnCbon ) 第一个随机公差的典型强度分布：（相应的均方根波前差：1.08λ，40.4λ，140λ）
])L
A42| KMU4n-s"o 
6,d@p 2ggdWg7z 由于波前差和因此校准的偏差更大，M2值明显增加。可以使用高斯孔径来减少。
IqC]! H0 % F!1 总结
U4gF(Q h v8P4"i v 实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。
lz"OC<D}( 1.模拟
J13>i7]L% 通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。
Fe]B &n 2.研究
IkBei&4F ` 为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。
#gp,V#T 3.优化
V>R8G Sx 通过使用显示出高斯整形孔径函数和经典场追迹引擎来优化M2参数。
UG2nX 3? 4.分析
T(e!_VY|m 通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。
c}y [[EX 可以使用VirtualLab Fusion非常有效地模拟和分析复杂的光束整形装置，尤其是离轴系统。为此，根据情况应用不同的模拟引擎。
FP;Ccl"s c:-!'l$ ! 参考文献
|_`E1Y}} [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).
V#cqRE3XNi %7"X(Ts7B 进一步阅读
:@ %4 "NgxkbDEbG 进一步阅读
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\'rP_I> 获得入门视频
T{Sb^-H#X - 介绍光路图
!eEHmRgg4 - 介绍参数运行
7 qj9&bEy 关于案例的文档
IG|X!l - BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens
x9;gT&@H - BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens
O)ME"@r@: - BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing
I9:Cb)hbU] - BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair
