光束传输
系统（BDS.0005 v1.0）
`(M0I!t 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
Mc{-2 '"T9y=9]s ;KgDVq5 简述案例
.Bojb~zt (0["|h32, 系统详情
` <u2 N
光源 $r )NL - 强象散VIS激光二极管
[l}H% S 元件
$f=6>Kn|^] - 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜）
C!U$<_I\2 - 具有高斯振幅调制的光阑
6+4SMf3 探测器
B+z>$6 -
光线可视化（3D显示）
\_x~lRqJJ - 波前差探测
W3jwc{lj - 场分布和相位计算
R>B6@|}? - 光束
参数（M2值，发散角）
g3f; JB 模拟/设计
<m~{60{ - 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算
zUq(bD - 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）：
-vv_6Z L[ 分析和
优化整形光束质量
beB3*o 元件方向的蒙特卡洛公差分析
_& r1 9pY w?P e x]i{ 系统说明
C;~LY&= g3
Oro}wt6 
S]NT +XM 模拟和设计结果
1024L; dDa&:L 
V''fmW o7 场（强度）分布 优化后
数值探测器结果
Yl =-j R '8 S)'l 
M 5$JB nN 
TfHL' u9B *4%%^*g.I 总结
jig3M N q]U!n 实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。
}R /we` 1.模拟
N 1ydL 使用光线追迹验证反射光束整形装置。
+X`&VO6~ 2.评估
CY.4 >, 应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。
qWf[X' 3.优化
sOb]o[= 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。
;y-:)7J 4.分析
?Qx4Z3n 通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。
56 Z 7 IJn9 b 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。
: ^U>n{ w@Asz9Lq% 详述案例
UD.Z nE{" Fv$A %6;W 系统参数
q oZ)"M I;n <)
> 案例的内容和目标
K-@\";whF mX!*|$b s 在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。
o1"N{ Eu Gpi_p 
[!MS1v c; 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。
yz,0
S' U 之后，研究并优化整形光束的质量。
?1zGs2Qs 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。
pe<T" [X :LlZ#V2 模拟任务：反射光束整形设置
V.6p fL 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。
*? $ M=tH 5SZ a, +] 
hn\d{HP W;l0Gx OxQ 
Z/!awf> tCm]1ZgRW 规格：像散激光光束
,p /{!BX ,LP^v'[V7 由激光二极管发出的强像散高斯光束
zG8g}FrzG; 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动
?#fm-5WIi k2tSg JW 
74N3wi5B TI\xCIH 
2i;ox*SfpU cA|vH^: 规格：柱形抛物面反射镜
q VI0?B
x JZ~wa cDd 有抛物面曲率的圆柱镜
aEh9 za 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面
3~V . 曲率半径等于
焦距的两倍
~MXhp5PI IF-y/] $d !Vx m 规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型）
`34{/ }w a s('ZD.9 对称抛物面镜区域用于光束的准直
tbiM>qxB 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型）
mwyB~,[d+W 离轴角决定了截切区域
O|)b$H_ ^sFO[cYo 规格：参数概述（12° x 46°光束）
i pl,{ Gi #-TP\ 
-%gEND- AP 9thG4T8 光束整形装置的光路图
vC `SD] ^6R(K'E} 
{
PJ>g X$ 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。
Cl!(F 6K* 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。
\v5;t9uBZ B f]Bi~w< 反射光束整形系统的3D视图
al-r gh #^Pab^Y3r- 
GN9kCyPK XZ M@Rys
光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。
J=gFiBw 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）。
Z<^!N) vp.?$(L^@/ 详述案例
; :q @2a!T03 模拟和结果
5E"^>z Ie(.T2K 结果：3D系统光线扫描分析
Hh*?[-&r~ 首先，应用光线追迹研究光通过
光学系统。
EG| dN(qh 使用光线追迹系统分析仪进行分析。
pMy: h
5oSp/M file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd
M@<9/x PS /*k_`3L 使用参数耦合来设置系统
VN `fZ5*d~ %Nv w`H 自由参数：
`]XI Q\ * 反射镜1后y方向的光束半径
X<Z(,B 反射镜2后的光束半径
fByf~iv, 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量）
XD|g G 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。
l
v hJ 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。
s</ qT6@ z F.@rXl 
M}# DX=NZc ^ r(My} 
m,!SD Cq 9A} * 自由参数：
r {9fm, 反射镜1后y方向的光束半径
.#$2,"8 反射镜2后的光束半径
dzPewOre* 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量）
)%MC*Z :^ 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。
) y;7\-K0 ow{. iv\,u 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。
$HsNV6 2M'dT Xz B yJPSuc D 结果：使用GFT+进行光束整形
BLO ]78
"O<ETHd0 
HOFxOBV }UB@FRPF 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。
kVs YB =urGs`\ 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。
wN4#j}C X_hDU~5{wC 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。
(B eJ,K7 -|KZOea 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差：
,r;xH}tbi 'u;O2$ 
@;P ;iI l[ $bn!_ e file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd
?`rA O#1 ~Ss, he]Er 结果：评估光束参数
jJNCNH*0 35e{{Gn)v 从生成的整形光束场分布，可以评估光束参数。 可以直接通过使用探测器界面实现。
^zQI_ydG 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。
yvo z 3_! 
o25rKC=o !h7.xl OpN 整形光束在x和y方向上显示了一个几乎相同的半径。 发散角大约是4urad。
Gw$ 5<%sB 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）
cS9 jGD92 -"dt3$ju file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd
rFQWgWD e@W+ehx" 光束质量优化
qrlC
U4 C\GP}:[T3 通常，使用合适的高斯调制光阑以用于优化M2值。 因此，我们使用测量的半径作为腰束半径（消除发散角）来生成一个高斯光束。
@ CmKF 之后，将接收场转换成一个透射函数。 将该传输函数用作光阑（在一个透射函数元件中）。
K8&;B)VT> X&?s:A 结果：光束质量优化
d9M[ ]{ ?e<2'\5v 由于通过高斯孔径传播，光束显示出理想高斯形状。 因此，M2值在两个方向上几乎都是1。
LsuOmB| ^ N8dx gh!, 
!
I 0xq" SULFAf< 然而，光束半径是略有减少。（光束半径显示在最后一张幻灯片是由于其偏离了理想高斯。）
6D`n^ uoP aY>v 
2.Qz"YDh
= file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd
I1U 2wD =x\`y xsG 反射镜方向的蒙特卡洛公差
LD} ~] bH e'
U> 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。
@5S' 5)4pB Lr$M k#' B 这意味着参数变化是的正态
$ z jdCg< VE|l;aXi 
`Zm6e!dH- + '_t)k^ 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~"E h]38 这意味着，波前对对齐误差很敏感。
Sz go@x$^ F#sm^% _2 
Ic0Y -{xk&EB^$5 file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run
rm,`M r[a7">n 第一个随机公差的典型强度分布：（相应的均方根波前差：1.08λ，40.4λ，140λ）
0- )K_JV
\:WWrY8& 
sI!H=bp-8 `x`[hJ?i 由于波前差和因此校准的偏差更大，M2值明显增加。可以使用高斯孔径来减少。
o[Jzx2 A< KkA)p/ 总结
&3[oM)-V S' j g#*$ 实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。
[8i)/5D4 1.模拟
` x9Eo4(/ 通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。
<h7cQ 2.研究
[X.bR$> 为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。
;=ddv@ 3.优化
bP&Q Fc 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。
H4w\e#| 4.分析
?FQ#I~'< 通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。
`r`8N6NQ&] 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。
-Z "4W hw^&{x 参考文献
y2G Us&09 [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).
CJ
:V %| $v|W2k 进一步阅读
]dpL
PR 8b2 =n 进一步阅读
hzqJ! 获得入门视频
69g{oo - 介绍光路图
YX0ysE*V:& - 介绍参数运行
5I622 d 关于案例的文档
]%' AZ`8 - BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens
P=QxfX0B - BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens
2*|T)OA`m, - BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing
\ H fAKBT - BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair
