光束传输
系统（BDS.0005 v1.0）
J%[K;WjrZJ 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
{$s:N&5 MT V'!Zxs @L~y%# 简述案例
t>25IJG ^QnVYTM 系统详情
Xa jjzl\b
光源 tq*Q|9j7VG - 强象散VIS激光二极管
,)Q mQ ^/ 元件
]-AT(L > - 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜）
v )pdm\P - 具有高斯振幅调制的光阑
8F@6^9C 探测器
v:vA=R2 -
光线可视化（3D显示）
da-3hM!u+ - 波前差探测
lRO8}XSI - 场分布和相位计算
pa\]@;P1 - 光束
参数（M2值，发散角）
^|x{E20 模拟/设计
SS`\,%aog - 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算
JN8k x;@ - 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）：
zcNV<tx 分析和
优化整形光束质量
9j,zaGD0 元件方向的蒙特卡洛公差分析
AG9U2x A l` ;SWN 系统说明
{#;6$dU;( SOUA,4 
Ti'O 2k 模拟和设计结果
.oe,# 1Qh{ C2b.([HE 
b#]in0MT?@ 场（强度）分布 优化后
数值探测器结果
" 7aFVf *i n_Z t3 
W !Xgse3 
$@U`zy"Y ?(| !VLu 总结
* r % AX&1-U 实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。
\ (z)]D 1.模拟
Jz-f1mhQV 使用光线追迹验证反射光束整形装置。
+}1]8:>cq 2.评估
97BL%_^k 应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。
I#, ,h4C 3.优化
dE ^'URBiA 利用一个具有高斯形状孔径函数的光阑和经典场追迹引擎来优化M2参数。
Qv?jo(] 4.分析
%|u"0/ 通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。
Xr~r`bR= OC [a?#R1 对于复杂的光束整形装置，特别是离轴系统，可以使用VirtualLab来进行高效的模拟和分析。模拟过程中，根据情况应用不同的模拟引擎。
7'o?'He-.2 /|\`NARI 详述案例
d5i /: 7 yi >G 系统参数
y.~ 5n[W HN3
yA1<[V 案例的内容和目标
/R,/hi Kx\ [mwfgh&4% 在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。
5I<?HsK@ ogPfz/ hw 
<h;P<4JX 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。
I m
Tq` 之后，研究并优化整形光束的质量。
^6`R:SV4Gx 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。
x7/2e{p
uu # ._! .P 模拟任务：反射光束整形设置
1'd "O
@ 引入的反射光束整形装置是基于一个反射镜系统，此系统由两个抛物面圆柱反射镜镜与抛物面截面反射镜组成。焦点距离和镜子的位置取决于输入光束的发散角。
sF|lhLi > W0 hrt?b 
w |M?t{ Ii
K&v<(] 
d- ]% T @z$ g 规格：像散激光光束
[oYe/<3 g%+nMjif 由激光二极管发出的强像散高斯光束
qS7*.E~j|] 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动
sX=!o})0 crmnh4- 
!k[ zUti rkzhN59; 
Pq`4Y
K @ce4sSo 规格：柱形抛物面反射镜
L%BWrmg 8ZahpB 有抛物面曲率的圆柱镜
";zl 6g" 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面
BY 1~ \M 曲率半径等于
焦距的两倍
jb*#!m.l B(>_.x#kv W Uxr@0 规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型）
nbYaYL?& qNvKlwR9;k 对称抛物面镜区域用于光束的准直
D@3|nS 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型）
P]y 5E9 k 离轴角决定了截切区域
9\"~ G) ?Z.YJX oKZ 规格：参数概述（12° x 46°光束）
mhs%b4 '> ,%:`Ll
t]$ 
Q647a} G{ s ,Y ^ 光束整形装置的光路图
11)~!in sG}9 l1 
m+!%+S1 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。
qH(2 0Z! 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。
q&wMp{ N1SR nJu<f 反射光束整形系统的3D视图
w"Z >F]YZ 3b_#xr- 
R Ofm Ac 1n5& PN u
光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。
x,V_P/?% 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）。
"JGaw_o T<ua0;7 详述案例
,cB`j7p( )/=J=xw2 模拟和结果
2ru6 bIb; !cq4+0{O;& 结果：3D系统光线扫描分析
P_Z o}.{ 首先，应用光线追迹研究光通过
光学系统。
s}A]lY 使用光线追迹系统分析仪进行分析。
w(@`g/b x0 #+yP file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd
?@u
&3/&
zzxU9m~" 使用参数耦合来设置系统
v|e\o~2D` !P;qc 自由参数：
I?:V EN: 反射镜1后y方向的光束半径
>y= %o~ 反射镜2后的光束半径
i UO5hd OM 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量）
^a ]i&o[c 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。
G' b p 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。
81KtK[?b n[clYi@e 
4SO j>(a# %G Ila * 
%1lLUgf3G/ o 1b#q/ 自由参数：
`?>O Y&( 反射镜1后y方向的光束半径
1n,JynJ 反射镜2后的光束半径
II2oV}7? 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量）
6?`py}: 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。
/q^( uWu 6D+9f{~r 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。
9f V 57 '3xSzsDn U- Iwda8v 结果：使用GFT+进行光束整形
&Y,Rm78 M\GS&K$lq 
i7p3GBXh[ z6Hl+nq B 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。
; CC[> B>'\g
O\2 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。
]l\J"*"aB +uH1rF_&@ 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。
g,1\Gj%y 9:m+mpL=9 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差：
W[vak F 1]qhQd-u 
=EG[_i{r j jwY{jV file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd
H<q:+ d W=]|t& 结果：评估光束参数
T|=8 jt, 7<)
.luV 从生成的整形光束场分布，可以评估光束参数。 可以直接通过使用探测器界面实现。
]_ _M* 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。
Q[k}_1sWs$ 
4~
iKo i\3`?d 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。
?2i``-|Wa 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）
`yf#(YP *AJW8tIP file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd
%8v?dB;>x` +XQS
-= 光束质量优化
zi5;>Iv0} @-W)(9kZ| 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。
m!P N1$9V 之后，将接收场转换成一个透射函数。 将该传输函数用作光阑（在一个透射函数元件中）。
EBn7waB S S4\T ( 结果：光束质量优化
[3\}Ca1 d6Z;\f7[ 由于通过高斯孔径传播，光束显示出理想高斯形状。 因此，M2值在两个方向上几乎都是1。
'91Ak,cWB HID;~Ne 
-dza_{&+iZ }6o` in>M 然而，光束半径是略有减少。（光束半径显示在最后一张幻灯片是由于其偏离了理想高斯。）
vm Hf$rq KI# hII[Q. 
BO1Mz= q file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd
{?t=*l\S{w [ WB8X, 反射镜方向的蒙特卡洛公差
t<Og ?m}( :*\JJ w 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。
Iz ,C!c 9iGJYMWf 这意味着参数变化是的正态
fghJj@ES
2"13!s 
x=9drKIw> +.zriiF]i 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。
"EA%!P:d, 这意味着，波前对对齐误差很敏感。
<Nkj)`%5iK r% qgLP{v 
V RT| OUq 9V\5`QXu file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run
3Hr ZN+D 0Pbv7 )=XL 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）
xC{ W_a( 0dXWy`Mn 
VJm).>E3k M vQ0"-ZQ 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。
g_-Y- .M cE [4CCpy 总结
y V_aza -cOLg rmp 实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。
rBT#Cyl 1.模拟
\|Us/_h 通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。
>+&524xc 2.研究
>NK*$r8 为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。
=%p 0r z|b 3.优化
\y{C>! WX4 通过使用显示出高斯整形孔径函数和经典场追迹引擎来优化M2参数。
<kp?*xV]] 4.分析
Lxs 通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。
L%Me
wU0TZ 可以使用VirtualLab Fusion非常有效地模拟和分析复杂的光束整形装置，尤其是离轴系统。为此，根据情况应用不同的模拟引擎。
QYDSE h>q& X4- 参考文献
6"z:s-V [1]M. Serkan, H. Kirkici, and H. Cetinkaya, “Off-axis mirror based optical system design for circularization, collimation, and expansion of elliptical laser beams”, Appl. Optics 46, No. 22, 5489-5499 (2007).
K&\xb T TU^UR}=lP 进一步阅读
l jQru ^(u Il ,2^54q 进一步阅读
pFx7U RZA 获得入门视频
G
D$o |l]\ - 介绍光路图
3O y?_a$ - 介绍参数运行
Nxp 7/Nn3 关于案例的文档
~4<xTP\ * - BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens
lEh; MJ - BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens
$@s&qi_&R - BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing
;3't a!.c - BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair
