光束传输
系统（BDS.0005 v1.0）
z9ZAY!Zhq] 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
wq#3f# 3V `MS =/x E .Dz /MSl 简述案例
bv0 %{u& pe-d7Ou
P 系统详情
=nl,5^
光源 J!>oC_0]8 - 强象散VIS激光二极管
a gz G 元件
{I
,' - 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜）
{DR+sE - 具有高斯振幅调制的光阑
a;sZN USn 探测器
J(]nPwm=.- -
光线可视化（3D显示）
V8/o@I{U[ - 波前差探测
!ywc). ]e - 场分布和相位计算
6=k^gH[g - 光束
参数（M2值，发散角）
k-/$8C 模拟/设计
PE>_;k-@k - 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算
IYFA>*Es - 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）：
AHb
分析和
优化整形光束质量
Y|L57 F 元件方向的蒙特卡洛公差分析
n1|%xQBU@ Et (prmH 系统说明
D3OV.G]` RPu-E9g@ 
SF7Kb `>Y 模拟和设计结果
}Z|a?J@CZm (46)v'? 
!ibp/:x 场（强度）分布 优化后
数值探测器结果
% WR $A ,=z 
]z,?{S 
+q;^8d> ^AN9m] P 总结
wFD .3! E4Sp^, 实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。
P-C_sj A7 1.模拟
sgX~4W"J 使用光线追迹验证反射光束整形装置。
*,(`%b[ 2.评估
)L?Tq"hy 应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。
711 z- 3.优化
nz(OHh!}u 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。
$FoNEr&q 4.分析
:M pCj<<[ 通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。
[": x -;v:.
[o. 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。
o7 k GZ . IqS}Rh 详述案例
q/Q* 1 G8SJ<\? 系统参数
c~V\,lcI O;w';}At 案例的内容和目标
l!b#v` 1~+w7Ar =( 在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。
h E; Bn.8wMB 
<(v!Xj^yO 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。
B\Uj 之后，研究并优化整形光束的质量。
~Oq(JM
$M 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。
]k hY8it ~[C m#c 模拟任务：反射光束整形设置
uJ[dO} 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。
Ne=D $o -6? 5|\ 
oyUf/ Sl M*x_1h5n 
y ,aASy!Q :G!K aa,r 规格：像散激光光束
}}
IvZG& gw H6r3=y( 由激光二极管发出的强像散高斯光束
$ZA71TzMV 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动
+iXA|L9= EprgLZ1B 
n@*NQ`(_ 3h4>edM 
VL\6U05Z qLR)>$ 规格：柱形抛物面反射镜
L"IdD5`7T z=!xN5 有抛物面曲率的圆柱镜
NK#f Gz*,( 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面
\= .iM?T 曲率半径等于
焦距的两倍
=4?m>v,re GSk;~^l XRZm g " 规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型）
Hxk hlNB SW bwD/SN 对称抛物面镜区域用于光束的准直
pBHr{/\5 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型）
YY hRdU/g 离轴角决定了截切区域
X@ TQD /Q bt 规格：参数概述（12° x 46°光束）
2 Y%$6NX *r%=p/oQ}B 
(|S e+Y#e, 'E6)6N 光束整形装置的光路图
E}~ GX G ^)X^Pcx 
0%v
p'v 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。
<CeDIX t 因为离轴抛物面镜的位置是相对于它的焦点，那么到反射镜2的距离z必须是负的。
4 /$]wK` QH+Oi&xH 反射光束整形系统的3D视图
9Czc$fSS t #\fAp RL 
S/8xo@vct] _Nw-|N .
光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。
sq*sb dE 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）。
lE /" SFTThM]8M1 详述案例
p VLfZ?78 Ey ozhIV 模拟和结果
{eS!cZJ 7,Nd[
oL*7 结果：3D系统光线扫描分析
41$7P[M; 首先，应用光线追迹研究光通过
光学系统。
68d(6?OgW 使用光线追迹系统分析仪进行分析。
!YCYmxw# i,,U D file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd
\
3ha 7u0!Q\ 使用参数耦合来设置系统
._#|h5 7R ;! 自由参数：
Drc\$<9c@ 反射镜1后y方向的光束半径
?NJ\l5' 反射镜2后的光束半径
5ZUqCl(PX) 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量）
)0YMi!&j` 由于功能原理，所有系统参数（距离，焦距，直径）可以由光束参数分析计算。
AS ~O*(po 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。
%*zgN[/w *SL v$A 
I@e{>} Vc}m_ T]O 
d -lC|5U% LC2t,!RRl& 自由参数：
L=?Yc*vg 反射镜1后y方向的光束半径
0Kq\ oMn 反射镜2后的光束半径
8nW# Q <s 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量）
weKwBw 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。
:(N3s9:vz "2$C_aE 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。
?=-18@:.ss u+kXJ !'[f!vsyM{ 结果：使用GFT+进行光束整形
Jr|"` f%V (ybK ACx 
S! 0<a Fh L6O* aZ| 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。
{a\m0Bw/ y>UM~E 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。
Quqts(Q) + m6bAvy]3<t 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。
[g` P(? LY-fp+ 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差：
`a*[@a# k7'_ 
mY+J ju1 Dqs{ n?@n file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd
D<$, v(- M|w;7P } 结果：评估光束参数
4 bw8^ l q~^&\_# 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。
g:7S/L0] 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。
eF823cH2x_ 
BRLrD/8Le xrs?"]M[ 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。
IVjH.BzH9 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）
40w,: $ . K s%ar file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd
iimTr_TEt GWsvN&nr 光束质量优化
kj{z;5-dl $WED]X@X! 通常，使用合适的高斯调制光阑以用于优化M2值。 因此，我们使用测量的半径作为腰束半径（消除发散角）来生成一个高斯光束。
Dp3&@M"^yY 之后，将接收场转换成一个透射函数。 将该传输函数用作光阑（在一个透射函数元件中）。
*<c, x8\s9 JK) )Cuh 结果：光束质量优化
>4b: ` L |qnAqz K| 由于通过高斯孔径传播，光束显示出理想高斯形状。 因此，M2值在两个方向上几乎都是1。
x 1VBO.t=* &mXJL3iN 
P:,' :m #[V7
然而，光束半径是略有减少。（光束半径显示在最后一张幻灯片是由于其偏离了理想高斯。）
.fY1?$*6c I]+xerVd 
1zqIB")s> file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd
gG*]|>M JI 094~ s 反射镜方向的蒙特卡洛公差
h8B:}_Cu -FftEeo7 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。
pBl'SQccp k<(G)7'gm 这意味着参数变化是的正态
Fjch<gAofS n,/eT,48` 
50kjX} Jmg<mjq/G 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。
Yz7H@Y2i 这意味着，波前对对齐误差很敏感。
{BPNb{dBKr 3>asl5 4 
&. ^(, pt Se~< Vpo file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run
pn"TFapJA IC"lsNq52 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）
%:Mi6 sR| eYNu 78u 
a4{~. Mp {;mT. [ 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。
JV_VF' K
?uH Am 总结
^#i3JMq A.- j 5C4 实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。
zNG]v?JAh 1.模拟
VgGMlDl 通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。
]rC2jB\,M 2.研究
["O/%6b9+ 为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。
n1!hfu7@s 3.优化
.kwz$b+h 通过使用显示出高斯整形孔径函数和经典场追迹引擎来优化M2参数。
WX~: Y,l+u 4.分析
V Ioqn$ 通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。
w1 ;:B%!H 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。
J)o.@+Q} :)JIKP%$\) 参考文献
: ;l9to [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).
/Uxp5 b h r{Lr Q 进一步阅读
+9 gI^Gt k65V5lb 进一步阅读
IkWV|E 获得入门视频
&<dC3o! - 介绍光路图
iEx
sGn]2 - 介绍参数运行
0+3_CS++r 关于案例的文档
LK>A C9ak< - BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens
3g79pw2w= - BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens
G.{)#cR - BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing
r ,cz
yE/ - BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair
