光束传输
系统（BDS.0005 v1.0）
;(5b5 PA 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
G?v]p~6 rK7m( 73
ix4C 简述案例
?%d]iTZE GB&< +5t2 系统详情
f+d [Q1
光源 ha&2V= - 强象散VIS激光二极管
rzsAnLxo 元件
unY+/p $ - 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜）
;Hk{bz( - 具有高斯振幅调制的光阑
B"P-h^oiV 探测器
g
67;O(3 -
光线可视化（3D显示）
eEl} .W} - 波前差探测
.?| pv}V - 场分布和相位计算
Rw-!P>S$ - 光束
参数（M2值，发散角）
Po_y7 8ZD 模拟/设计
^~XsHmcQ - 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算
mO=b q4! - 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）：
Y)lY EhF 分析和
优化整形光束质量
7 |bzopLJk 元件方向的蒙特卡洛公差分析
rlV :%
k 3g
ep_ aC 系统说明
wA$ JDf)Vg G6@XRib3 
R+}7]tva6C 模拟和设计结果
KsVN<eR{ f2ea|l 
(]ToBju 场（强度）分布 优化后
数值探测器结果
Pr| B hX =cz^g ^7 
))ArM-02 
RKru
hF \ 7]0v G 总结
oA+/F]XJ &p uPn:_ 实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。
KUD&vqx3 1.模拟
>x'R7z2 3 使用光线追迹验证反射光束整形装置。
}3 HN $Fwo 2.评估
lW6$v*
s9 应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。
,y5,+:Y
~ 3.优化
we?#
Dui 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。
VCf/EkC 4.分析
[0>I6Jl 通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。
GoSdo z.Y`"B'j` 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。
2;2FyKF ( :}0>IPW-V 详述案例
VB&` S+- h[*:\P ` 系统参数
e2F{} N )wqG ^yv 案例的内容和目标
>8;EeR vI j; TXZ`|( 在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。
"WF@T Te d1Ky2O 
@y1:=["b 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。
X\Gbs=sf6 之后，研究并优化整形光束的质量。
^ L?2y/ 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。
-_[ZRf?^ ^ jYE4gHM 模拟任务：反射光束整形设置
i(O+XQ}Fyx 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。
&)
qs0 y
<] x 
z ?L]5m` H K6Z/ 
fug
F k 8.WZC1 N 规格：像散激光光束
_<^mi!Y Wd >gOE 由激光二极管发出的强像散高斯光束
Fswr @d u 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动
nG4}8 (/ $a*$ 
-^ceTzW+ F<0GX!p4u 
CpLLsp hy \%/Y(YVm 规格：柱形抛物面反射镜
5}Z_A ?gy Xte"tf9(C 有抛物面曲率的圆柱镜
JRr'81\ 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面
8[rZRc 曲率半径等于
焦距的两倍
1ir~WFP 4{6XZ_J1 S;tv4JY 规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型）
rO[ Zx'a eKvQS}11 对称抛物面镜区域用于光束的准直
Ie T1Jwe 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型）
_z6 " C8W 离轴角决定了截切区域
5H!6m_,w d$5\{YLy 规格：参数概述（12° x 46°光束）
:{=2ih-} _1ax6MwX 
Z Tzh[ 2u* -'Oq.$Qq 光束整形装置的光路图
.azA1@V| I><sK-3 
\O=t5yS 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。
5: vy_e& 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。
l*-$H$ <IwfiI3y 反射光束整形系统的3D视图
eh /QFm
4 p<8Ga.kiN 
"t&_!Rm NR.YeKsBq
光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。
L(`Rf0smt 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）。
MVkO > s bM >5=Zox 详述案例
4l~B/"} `VXC*A
模拟和结果
a&C }' e" ,}23 结果：3D系统光线扫描分析
z;1qYW[-A 首先，应用光线追迹研究光通过
光学系统。
vv^(c w>A 使用光线追迹系统分析仪进行分析。
IRK(y*6 &XZS}n file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd
j- (k`w\ )uazB!X 使用参数耦合来设置系统
LWIPq" xC
YL3hl 自由参数：
cIO M}/gqv 反射镜1后y方向的光束半径
HOb0\X 反射镜2后的光束半径
dW9Ci"~v 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量）
Zd <8c^@ 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。
!~QmY,R 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。
2>' /!/+R ]#P>wW 
|YWX.-aeo {Ax{N 
50HRgoP5Y YdF\*tZ 自由参数：
]}A3Pm- t* 反射镜1后y方向的光束半径
&\
\)x.! 反射镜2后的光束半径
VhX~sJ1%Gp 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量）
MB!$s_~o#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。
woyeKOr ZuVes?&j 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。
Xw]L'+V= 3 fh lMOm -=VGXd 结果：使用GFT+进行光束整形
@DniYt / U`)o$4Bq 
[.LbX`K: xAJuIR1Hi 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。
lbnH|;`$]m N Ty0NH 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。
IrTMZG Ika(ip#]= 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。
5~E'21hJ Mhiz{Td 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差：
nEbJ,#>Z ?n V& :~eY 
|z] --h <L>$Y#wU file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd
9vw0box Hribk[ 99 结果：评估光束参数
!R"iV^?V k+`e0Jago 从生成的整形光束场分布，可以评估光束参数。 可以直接通过使用探测器界面实现。
%eQw\o,a 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。
e sDd>W 
#b5V/) K AD4O t5 整形光束在x和y方向上显示了一个几乎相同的半径。 发散角大约是4urad。
i2Cw#x0s M2值明显高于1。（与理想高斯光束相比，高M2值是由光束偏离引起的）
`&!J6)OJ :y8wv|m file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd
\A=:6R%Qb mQ qv{1 光束质量优化
iz5WWn^ 9Netnzv% 通常，使用合适的高斯调制光阑以用于优化M2值。 因此，我们使用测量的半径作为腰束半径（消除发散角）来生成一个高斯光束。
2SlOqH1 之后，将接收场转换成一个透射函数。 将该传输函数用作光阑（在一个透射函数元件中）。
Y=YIz>u =#K$b *# 结果：光束质量优化
g1B[RSWv 5&N55? G6 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。
<j^bk"l p z[bS
s oK` 
J rm 9,7/ P/; d|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。）
5*IfI+} D0HLU
~o 
d/!R;,^ file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd
nc Cgc5uP x9s1Az M{ 反射镜方向的蒙特卡洛公差
LJ+Qe%| wU1h(D2&h 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。
)MlT=k6S ;!H| 0sv 这意味着参数变化是的正态
FatLc|[ DU=rsePWE 
Kb5 Y A $2lPUQZ<5 对于这个例子，假设每个反射镜都有±0.1°的角度偏差（绝对的方向）。 由于这个偏差，整形光束的波前差明显增加。
LH] <+Zren 这意味着，波前对对齐误差很敏感。
L6E8A?>5rD d yN Kok# 
:$gR
>.` Mpu8/i
gX, file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run
*oca l1MVC@'pvP 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）
Ln
C5" 8fX<,*#I 
$bd2TVNV: :d ,]BB 由于波前差和因此校准的偏差更大，M2值明显增加。可以使用高斯孔径来减少。
4A@77#:J5 oo{3-+ ? 总结
vk] vtjf&% D<:J6W7] 实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。
]H_|E 1.模拟
a } m> 通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。
"0edk"hk 2.研究
MzudCMF 为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。
W{z {AxS 3.优化
1{pU:/_W 通过使用显示出高斯整形孔径函数和经典场追迹引擎来优化M2参数。
BJ, 9C.| 4.分析
d?Y|w3lB 通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。
SV}C]< 可以使用VirtualLab Fusion非常有效地模拟和分析复杂的光束整形装置，尤其是离轴系统。为此，根据情况应用不同的模拟引擎。
[;n/|/m, 7\xGMCctM 参考文献
zIE{U [1]M. Serkan, H. Kirkici, and H. Cetinkaya, “Off-axis mirror based optical system design for circularization, collimation, and expansion of elliptical laser beams”, Appl. Optics 46, No. 22, 5489-5499 (2007).
J jp)%c#_ Hz6tk9;w 进一步阅读
E)}& p\{E -xk.wWpV 进一步阅读
iF#|Z$g-( 获得入门视频
. \6q\7Ej - 介绍光路图
6+s 10? - 介绍参数运行
Vv Se`E* 关于案例的文档
U:1 cbD7|3 - BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens
*~>} * - BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens
vz1yH%~E - BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing
CfMC c:8mL - BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair
