光束传输
系统（BDS.0005 v1.0）
P;'ZdZ(SLu 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
SXJjagAoML 0blbf@XA SsfC
m C 简述案例
e6{E (=R[M sP% b? 6 系统详情
P39oHW
光源 JdWav!PYm - 强象散VIS激光二极管
=kK%,Mr 元件
.We{W{ - 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜）
ZIh)D[n - 具有高斯振幅调制的光阑
/?TR_> 探测器
$ZB`4!JxG -
光线可视化（3D显示）
TpYh)=;k - 波前差探测
UL%a^' hR - 场分布和相位计算
#67 7,dn - 光束
参数（M2值，发散角）
9GTp};Kg 模拟/设计
"d}ey= $h4 - 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算
jPx} -_jM - 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）：
,i ;#e 分析和
优化整形光束质量
$2}%3{<j 元件方向的蒙特卡洛公差分析
08%Bx~88_% "*MF=VB1 系统说明
&Ll&A@yU #ZnNJ\6 
qFq$a9w|@ 模拟和设计结果
H ="I=} I-Ut7W 
6'<[QoW]; 场（强度）分布 优化后
数值探测器结果
I6@"y0I )_4( )#3 
)24M?R@r 
8`]yp7 ueS qTMY]=( 总结
%p&y/^=0I )DlKeiK 实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。
\ptjnwC^O 1.模拟
DrxQ(y o} 使用光线追迹验证反射光束整形装置。
rQ U6*f 2.评估
qn |~YXn 应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。
8B( v6(h 3.优化
N0NFgW ; 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。
WNQ<XB qAw 4.分析
l5K O_"hy 通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。
G\V*j$}! ' ShK7j$ 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。
* >8EMq\^ 3 5L0 CM 详述案例
H3ovF _)~VKA]"" 系统参数
Y}<%~z#.4 & "hEKIqL 案例的内容和目标
*0Fz." v 3Z &!zSK^ 在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。
MHye!T6fO\ !H9^j6| 
DZ`m{l3H 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。
UEfY'%x 之后，研究并优化整形光束的质量。
"h7Dye 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。
4i+%~X@p d2-oy5cEB 模拟任务：反射光束整形设置
~<s =yjTu+ 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。
jI H^ Y~UAE. 
f# w
u~*c 257$ ! 
oVP r`] NuD|%Ebs 规格：像散激光光束
ecQ,DOX|b [ K'gv Lt1 由激光二极管发出的强像散高斯光束
`+>K)5hrR 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动
n 9`]}bnX L/]
(p XEp 
%2g<zdab ;z N1Qb 
Q[K )Yd H6|eUU[& 规格：柱形抛物面反射镜
P?P.QK ~a&V sC# 有抛物面曲率的圆柱镜
/@\R 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面
R*6B@<p,i 曲率半径等于
焦距的两倍
/7:+.#Ag` YhS_ ,3E L
G5_ \sY! 规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型）
<'SS I Mr *h3i AcM8 对称抛物面镜区域用于光束的准直
7C,giCYU 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型）
6y MZ2% 离轴角决定了截切区域
u'>94Gm} 5r~jo7 规格：参数概述（12° x 46°光束）
-57~7
<N 1# z@D ( 
fF r9] A~<!@`NjB 光束整形装置的光路图
m_@XoS
yxI 0H_uxkB~ 
0`-b57lF& 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。
9!W$S[ABRB 因为离轴抛物面镜的位置是相对于它的焦点，那么到反射镜2的距离z必须是负的。
|('o g *$ Vd d 反射光束整形系统的3D视图
W ulyM cJ 3,6f}:CG 
9q_{_%G% q` IY;"~
光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。
qIsf!1I? 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）。
cy;i1#1rO gBcs 详述案例
#5z0~M g-X [W G\w j. 模拟和结果
3]mpr X' ThI}~$Y 结果：3D系统光线扫描分析
:-JryiI 首先，应用光线追迹研究光通过
光学系统。
LR>s2zu- 使用光线追迹系统分析仪进行分析。
f pq|mY h@G~' \8 t file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd
, 1N|lyV 'hs4k|B 使用参数耦合来设置系统
gK({InOP w]{c*4 o 自由参数：
PgT8
1u 反射镜1后y方向的光束半径
111A e *U 反射镜2后的光束半径
H)7v$A,5% 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量）
/]!2 k9u\ 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。
}P.Z}n;Uj 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。
A`Y^qXFb` PDuBf&/e 
d8w3Oz 54 !W@mW
5J| 
o9 "? z `Y4K w 自由参数：
72Y 6gcg 反射镜1后y方向的光束半径
nk%v|ZxoFv 反射镜2后的光束半径
7)r]h? 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量）
rMbq_5} 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。
v>B412l Z,E$4Z 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。
FrXP"U}Y ,mp<<%{u "}*D,[C5e 结果：使用GFT+进行光束整形
*0!p_Hco C`g
"Mk8 
eQu(3 sYb hoqZb<: 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。
9>S)*lU&s '%[ Y 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。
jo<x rn\ 2RX]~} 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。
;98b SR/ EpMxq7* 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差：
Mp|Jt Y_:jc{? 
T3{~f $5 JeN{B file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd
i3N{D t y&,|+h 结果：评估光束参数
)/ ;+aDk 3P2{M}WIl 从生成的整形光束场分布，可以评估光束参数。 可以直接通过使用探测器界面实现。
^rVHaI 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。
B&6NjLV 
jj2iF/ w8 :[w 整形光束在x和y方向上显示了一个几乎相同的半径。 发散角大约是4urad。
fc*>ky.v M2值明显高于1。（与理想高斯光束相比，高M2值是由光束偏离引起的）
` 5Kg [nB: 3d6 z_Yd: file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd
B\R AX# <WZ{<'ajI 光束质量优化
=6Ok4Z "@e GgQ 通常，使用合适的高斯调制光阑以用于优化M2值。 因此，我们使用测量的半径作为腰束半径（消除发散角）来生成一个高斯光束。
<@;}q^` 之后，将接收场转换成一个透射函数。 将该传输函数用作光阑（在一个透射函数元件中）。
*zrGrk:l {S{ %KkAV 结果：光束质量优化
HfVHjF) @Z
==B%` 由于通过高斯孔径传播，光束显示出理想高斯形状。 因此，M2值在两个方向上几乎都是1。
9m)$^U>oz ? K[Y"*y2 
$C7a #?YF, ;m7G8)I 然而，光束半径是略有减少。（光束半径显示在最后一张幻灯片是由于其偏离了理想高斯。）
V
,p~,rC zX_F+"]THt 
I2$DlEke file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd
1,+<|c)T? mxgT}L0i 反射镜方向的蒙特卡洛公差
6
H P 66B (NLw#)? 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。
`&D#P% r89A X{: 这意味着参数变化是的正态
E,6|-V;? kFp^?+WI%H 
@FN|=?8% (2# Xa,pb 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。
hE {";/}J 这意味着，波前对对齐误差很敏感。
)&1v[] %S e ' l9 
$VHIU1JjZ >wh v*@Fr file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run
Pb '(Y BwWSz tJ+B 第一个随机公差的典型强度分布：（相应的均方根波前差：1.08λ，40.4λ，140λ）
n/5T{ NfG jlj ge=#c2 
xkDK5&V 1;( h0j 由于波前差和因此校准的偏差更大，M2值明显增加。可以使用高斯孔径来减少。
>; MJm Nf )Y G! 总结
i4|R0>b AaYH(2m- 实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。
y{@\8B ] 1.模拟
cOV9g)7^O 通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。
X+]>pA 2.研究
} e$ 为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。
*/M`KP W 3.优化
nnj<k5 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。
S9l,P-X` 4.分析
1GK.:s6.f 通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。
$$m0mK 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。
~wDXjn"U& **h4M2'C 参考文献
Qa _V [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).
ar<8wq<4G OlCqv-B2& 进一步阅读
vQ*[tp#qU F^gTID 进一步阅读
! eZls 获得入门视频
*Mhirz% iD - 介绍光路图
/8e}c` - 介绍参数运行
"M5 关于案例的文档
9PKXQp - BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens
,)[9RgsE - BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens
[cnu K - BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing
U}jGr=tu - BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair
