光束传输
系统（BDS.0005 v1.0）
8Y0"Cejq 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
9jN)I(^D6 <R%;~) { O20M[_S 简述案例
a $"ib Eh-n 系统详情
4`Q3v4fOF
光源 x}U8zt)yD3 - 强象散VIS激光二极管
t NsPB6 Z 元件
`28};B> - 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜）
ve
~05mg - 具有高斯振幅调制的光阑
RH}A 探测器
DjU9
uZT -
光线可视化（3D显示）
J};z85B - 波前差探测
d=, %= @ - 场分布和相位计算
2,lqsd:xM - 光束
参数（M2值，发散角）
LG~S8u 模拟/设计
ZpUCfS)|& - 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算
v+ jsC`m - 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）：
g8!wb{8?s 分析和
优化整形光束质量
<Sz52Suh> 元件方向的蒙特卡洛公差分析
)}TLC 2% h._ nK\ 系统说明
t_ksvWUo Q'k\8'x 
`/Nm
2K 模拟和设计结果
;> m"x L< zD<M 
USN8N ( 场（强度）分布 优化后
数值探测器结果
7_2kDDW0 jjJ2>3avY 
fN"( mW>! 
SXao|{?O ZVeaTK4_
t 总结
64 -#}3zL $3Z-)m 实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。
@!&}}"< 1.模拟
9 P w0m=4 使用光线追迹验证反射光束整形装置。
j@Yi`a(sdm 2.评估
E;21?`x5 应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。
4tSv{B/} 3.优化
/ywD {* 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。
[~:-& 4.分析
2,aPr:] 通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。
y~IuP c g%u&Zkevx 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。
RzhWD^b B H3{GmV8 详述案例
K78rg/` CF|]e : 系统参数
DF 6 c| m]*Bx%-1c 案例的内容和目标
$D31Q[p=+ 8A{_GH{: 在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。
cI]WrI2CQa eMRar<)+#* 
c*d 9'}E 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。
_2b tfY1U 之后，研究并优化整形光束的质量。
%3HVFhl 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。
Z ,^9 Z ]nhr+;of/- 模拟任务：反射光束整形设置
K
~ 44i 引入的反射光束整形装置是基于一个反射镜系统，此系统由两个抛物面圆柱反射镜镜与抛物面截面反射镜组成。焦点距离和镜子的位置取决于输入光束的发散角。
VL9-NfeqR H A}f,),G 
Oi"a:bCU "m{,~'x 
U|G|l|Bl +h2eqN r 规格：像散激光光束
1_$xSrwcF PX|= (:(k 由激光二极管发出的强像散高斯光束
+!f =jg06 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动
M5T9JWbN F_xbwa*= 
"o& E2# ,:+d g(\r 
6.t',LTB */ G<!W 规格：柱形抛物面反射镜
BQ^H? jo Khh0*S8.K 有抛物面曲率的圆柱镜
| %~+2m 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面
EL3|u64GO 曲率半径等于
焦距的两倍
B7\k< Nit0 `P Xz 4[ryKPa, 规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型）
PiFD^w E^w:KC2 @ 对称抛物面镜区域用于光束的准直
y80ykGPT\& 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型）
R]; Ox e 离轴角决定了截切区域
1e xl0]- Bh&Ew
规格：参数概述（12° x 46°光束）
\yr isp#` X\p,%hk \ 
(2?G:+C 7 k
{- 光束整形装置的光路图
{F&-7 u0 xr0haN\p" 
9 *6]&:fm 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。
pIW I 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。
UDf9FnG}L iE0ab,OF 反射光束整形系统的3D视图
n(~\l#o@ G0n' K B 
WS& kx~oQ c41: !u^
光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。
/8@m<CW2Y 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）。
bIt=v)%$ OPpjuIRv 详述案例
W{XkV Ke1a %/kyT%1 模拟和结果
vUC! fIG - ~O'vLG 结果：3D系统光线扫描分析
{#IPf0O 首先，应用光线追迹研究光通过
光学系统。
NV4g~ +n 使用光线追迹系统分析仪进行分析。
S)He$B$pp 6]Q3Yz^h file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd
]43[6Im #s5 pz8v 使用参数耦合来设置系统
{>0V[c[~ Y^$HrI(vq 自由参数：
3E} An% 反射镜1后y方向的光束半径
9?+9UlJ7K 反射镜2后的光束半径
%;`>`j5 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量）
4{9d#[KW 由于功能原理，所有系统参数（距离，焦距，直径）可以由光束参数分析计算。
%R_{1GrL'c 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。
b|^I<7 Al)$An - 
lD ;'tqaC "
oy\_1| 
~#M d"3 crA :I"I 自由参数：
lp&!lb` 反射镜1后y方向的光束半径
h ?@ G$%2 反射镜2后的光束半径
mXjgs8 s
视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量）
8uG0^ h} 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。
Y5A~E#zw l52a\/ 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。
t[.W$1= > AD =31lq }|8* sk#[ 结果：使用GFT+进行光束整形
g+q@i{Yn .I?@o8'x 
A,i()R'I lXrD!1F 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。
lpQP"%q P 1 +"v * 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。
7r{qJ7$% 74vmt<Q 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。
7-iIay1h" -@%%*YI> 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差：
y<r}"TAf - W|Ldu;# 
Wz=OSH7"f # JNy file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd
" mj^+u- G^h_ YjR`* 结果：评估光束参数
T@+Cl Z i i1*C{Lf;%) 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。
\&|CM8A 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。
MB$a82bY 
f>iuHR*EXB 2PC5^Ni/9@ 整形光束在x和y方向上显示了一个几乎相同的半径。 发散角大约是4urad。
Vb6K:ZnF M2值明显高于1。（与理想高斯光束相比，高M2值是由光束偏离引起的）
4^Qi2[ w ^KHLBSc: file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd
n`5WXpz4 ; g,lY ut 光束质量优化
k'13f,o} aPIr_7e 通常，使用合适的高斯调制光阑以用于优化M2值。 因此，我们使用测量的半径作为腰束半径（消除发散角）来生成一个高斯光束。
HFh /$VM 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）。
")\aJ8 L=A \ J^% 结果：光束质量优化
tjzA)/T,4 ~@M 7 &%] 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。
$+VgDe5{S XoL[
r67Z 
0 4-Z vp2 N=fz/CD)I 然而，光束半径是略有减少。（光束半径显示在最后一张幻灯片是由于其偏离了理想高斯。）
d.}}s$ Q mUwUs~PjA 
X\A]"su file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd
3 ut_Bt\ ZJXqCo7O 反射镜方向的蒙特卡洛公差
}brr ) ) ,?=KgG1i 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。
*FPg#a+ JLW$ +62 这意味着参数变化是的正态
oS!/|#m n ~{QE L 2 
/RF%1!M
K RjtC:H&X Z 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。
]7<m1Lg
这意味着，波前对对齐误差很敏感。
i7v/A&Rc "Z9^} 
&q>h *w4O &wGg6$ file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run
m.1 46 a-Y6w5 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）
M7 p8^NL aJQXJ,>Lv 
Ar~{= X &!#2ZJ}{ 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。
KZ\dB;W< | S~&\o\"5 总结
=tq7z =k 7,su f }= 实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。
o[{&!t 1.模拟
/$*; >4=>f 通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。
t'Htx1#Zc[ 2.研究
7j R7 为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。
:~r#L Rgc 3.优化
[Y oa"K 通过使用显示出高斯整形孔径函数和经典场追迹引擎来优化M2参数。
Ns~ g+C9 4.分析
5=.7\#D 通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。
%
&+|==- 可以使用VirtualLab Fusion非常有效地模拟和分析复杂的光束整形装置，尤其是离轴系统。为此，根据情况应用不同的模拟引擎。
8!6<p[_ g5< ZS3tQ 参考文献
}!knU3J [1]M. Serkan, H. Kirkici, and H. Cetinkaya, “Off-axis mirror based optical system design for circularization, collimation, and expansion of elliptical laser beams”, Appl. Optics 46, No. 22, 5489-5499 (2007).
_DrnL}9I7 B{4"$Mi 进一步阅读
w*2^/zh j, ZW[*M 进一步阅读
-g$O OJB6 获得入门视频
Yoe l es- - 介绍光路图
* S{\#s - 介绍参数运行
QS%,7'EG 关于案例的文档
&0i71 !Oy - BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens
m^Rd Iy) - BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens
o]
S`+ZcV - BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing
(Z 'WR - BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair
