光束传输
系统（BDS.0005 v1.0）
:=KGQ3V~eK 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
`> HthK ]7ZC>.t
l Jp v 简述案例
_-nN(
${ {
HAOrwJFqU 系统详情
mTu9'/$(
光源 oj I"<Q~g - 强象散VIS激光二极管
&~ 6O;}\ 元件
T{kwy 3 - 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜）
lY8Qy2k| - 具有高斯振幅调制的光阑
?~9X:~6\ 探测器
n_ gB#L$ -
光线可视化（3D显示）
@)Y7GM+^ - 波前差探测
k0=y_7
=(5 - 场分布和相位计算
"s^@PzQpN - 光束
参数（M2值，发散角）
*/qc%!YV9 模拟/设计
y(g
Otg - 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算
Y'":OW#oN - 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）：
c_=zd6 b$S 分析和
优化整形光束质量
&c ejy>K 元件方向的蒙特卡洛公差分析
0|k[Wha# "TCbO`mg 系统说明
%}MM+1eu N>iCb:_
T; 
yr DYw T 模拟和设计结果
1 Vvx@1 4& WzG nK 
}tq9 /\ 场（强度）分布 优化后
数值探测器结果
OF}_RGKg3 ]zAg6*-/B 
KPr xw }P 
7 i\[Q8f T 0C'$1T 总结
uv d> "lAS
<dq 实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。
U}TQXYAg 1.模拟
J~6*d,Ry` 使用光线追迹验证反射光束整形装置。
k82LCV+6 2.评估
!I$RE?7eY 应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。
nr6U>
KR^ 3.优化
$^GnY7$!> 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。
J?DyTs3 Z 4.分析
*Ux"3IXO 通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。
VUhu"h@w% l;i
u` 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。
wEqCuhZ yx4c+(J^8 详述案例
s_ $@N! KLB?GN?Pb 系统参数
G(e?]{( yIP
IA%dJ 案例的内容和目标
cFo-NI2 NyNu1V$ 在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。
Wb$bCR #?< 4(](' [M 
@[lr
F7`o 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。
ObnB6ShKi 之后，研究并优化整形光束的质量。
|'#NDFI>} 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。
ru
L cu] ->UrWW^ 模拟任务：反射光束整形设置
.$;GVJ-: 5 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。
0cVXUTJ|W UNHHzTsr? 
*O2j<3CHf jiDYPYx;I 
oyY,uB.| %hh8\5l.: 规格：像散激光光束
':@qE\(
|\ L2q/u 由激光二极管发出的强像散高斯光束
75 ob1h" 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动
:7zI! edu ^} #!?" Y 
)k Uw,F=6 1lM0pl6M 
9yPB)&"EF s.R(3}/ 规格：柱形抛物面反射镜
A
|B](MW%O * G 4; 有抛物面曲率的圆柱镜
ZVL0S{V-mh 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面
WF7RMQ51j 曲率半径等于
焦距的两倍
Z^ 3Risi &3efJ?8 #</yX5!V 规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型）
PE>_;k-@k IYFA>*Es 对称抛物面镜区域用于光束的准直
AHb
从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型）
Y|L57 F 离轴角决定了截切区域
YDwn s ] Yy
Sf 规格：参数概述（12° x 46°光束）
B(5g&+{Lq~ jn'8F$GU 
<|@9]>z o/xE
O =AW 光束整形装置的光路图
~[{| s' ) e0P1FD<@ 
]c D!~nJ 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。
]z,?{S 因为离轴抛物面镜的位置是相对于它的焦点，那么到反射镜2的距离z必须是负的。
+q;^8d> ^AN9m] P 反射光束整形系统的3D视图
wFD .3! sq%f%?(V 
[,c>-jA5 z'm;H{xf
光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。
c=5$bo]LI 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）。
\n5,!,A RK,~mXA 详述案例
_Cxs"to mEGMe@37 模拟和结果
iR9iI!+;N -(jcsqDk 结果：3D系统光线扫描分析
E4{8 $:q= 首先，应用光线追迹研究光通过
光学系统。
'oTF$3n 使用光线追迹系统分析仪进行分析。
V\_
&2',t ci!c7 ,'c file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd
y~\z_') <> >y?$aJ8ZV 使用参数耦合来设置系统
jH8F^KJM[ o{qbbJBC 自由参数：
5o,82 Kti 反射镜1后y方向的光束半径
@!S5FOXipZ 反射镜2后的光束半径
6l4l74 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量）
p(Sfw>t( 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。
NH{0KZ
R 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。
7-^d4P+|g a^22H 
g
{00i M*x_1h5n 
"m!Cl-+u M8h9i2 自由参数：
# RtrHm 反射镜1后y方向的光束半径
Zffzyh 反射镜2后的光束半径
H*Yy o ? 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量）
EfOJ%Xr[,l 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。
n@*NQ`(_ 3h4>edM 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。
`8L7pbS%,Q qLR)>$ L"IdD5`7T 结果：使用GFT+进行光束整形
z=!xN5 NK#f Gz*,( 
\= .iM?T ! a
/ 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。
@Fo0uy\ G j}y" 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。
5[0n'uH 6%)dsTAB 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。
5@i/4%S ]g: VvTJ;? 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差：
IkD\YPL; )s!x)< d; 
n84*[d}t nH;^$b'LZ file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd
SA'
zy45 d8av `m 结果：评估光束参数
v,kedKcxv' 5{{u #W%= 从生成的整形光束场分布，可以评估光束参数。 可以直接通过使用探测器界面实现。
)jn xR${M 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。
Yk:\oM 
NJ3b Oq 9Czc$fSS t 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。
cd \0 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）
75%!R / KH3v !G0 file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd
k5|h8%h8 A!SHt7ysJ 光束质量优化
>*EcX 3 z[l17+v 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。
o [_ {\ 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）。
8hdd1lVKO8 w_6h
$"^x 结果：光束质量优化
dY |( jy tfGE: 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。
^ *RmT CJ?Lv2Td 
f ~9 ADb {~ VgXkjsC 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。）
#VtlXr>G "QA!z\ 0\ 
T~_+\w file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd
0Bb am U s <td n[d 反射镜方向的蒙特卡洛公差
4k}u`8 a BoXQBcG]w 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。
!'MZeiL P a,!c6'QE 这意味着参数变化是的正态
[26"?};"% v:eVK!O 
c)+IX;q-C ~#N^@a 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。
MX]<tR ` 这意味着，波前对对齐误差很敏感。
x%5n& B &K/5AH"q 
(J y 7 > }Za) file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run
[PdatL2 (ybK ACx 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）
S! 0<a Fh L6O* aZ| 
{a\m0Bw/ y>UM~E 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。
">j}!n
8J m6bAvy]3<t 总结
z vL;.U LY-fp+ 实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。
`a*[@a# 1.模拟
k7'_ 通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。
mY+J ju1 2.研究
g kT`C 为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。
' D;v>r 3.优化
jA?A)YNQb 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。
4 bw8^ 4.分析
@Xts}(L 通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。
7LbBS:@3z_ 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。
. i)
H1sD BRLrD/8Le 参考文献
g ]e^; [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).
IVjH.BzH9 40w,: $ 进一步阅读
s3Pr$h T@ (MSgp9 进一步阅读
b3N1SC:Wn 获得入门视频
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MqDz cB] - 介绍参数运行
i7 _Nv 关于案例的文档
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5|z>_f.^pS - BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing
roSdcQTeT - BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair
