光束传输
系统（BDS.0005 v1.0）
VgO.in^q 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
87rHW@\]( I\f\k>; .RPh#FI6J 简述案例
Hv</Xam w|:ev_c| 系统详情
,"f2-KC4h
光源 !=?Q>mz - 强象散VIS激光二极管
Bp/ 25jy 元件
OBf$ 0 - 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜）
}'4aW_ta - 具有高斯振幅调制的光阑
3-gy)5.x e 探测器
F6Q nz8| -
光线可视化（3D显示）
[_HOD^ - 波前差探测
cG! dMab( - 场分布和相位计算
Nc*z?0wP - 光束
参数（M2值，发散角）
5UvqE _ 模拟/设计
;O {"\H 6 - 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算
v\ R-G - 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）：
:z2G
a 分析和
优化整形光束质量
*z__$!LR 元件方向的蒙特卡洛公差分析
`%$+rbo~ 1SG^X-(GM/ 系统说明
G"U^ ]$(+K m{by% 
"]B%V!@ 模拟和设计结果
uHPd!# ] ft?c&h;At 
!JbWxGN`jn 场（强度）分布 优化后
数值探测器结果
c"pu"t@/Z ORhvo,.u 
I~ e,'] 
#NWS)^&1b vA *Q}]Ov 总结
j"n"=rTTQ U4h5K}j4 实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。
< mp_[-c 1.模拟
AL*M`m_ 使用光线追迹验证反射光束整形装置。
=gHUY&sPu8 2.评估
okH*2F(- 应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。
\`-a'u=S 3.优化
N]&:xd5 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。
@k\npFKQm 4.分析
{=9"WN 通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。
[I=1
,YF1* 69 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。
GxA[N hx8. 详述案例
z,(.` %h P9 q ZjBS 系统参数
5 -POY ug vAfYONU 案例的内容和目标
*V{Y.`\ zG\: #,9 在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。
K$5mDScoJ i)7B :uA 
a6 w'.]m 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。
>`I%^+ z 之后，研究并优化整形光束的质量。
b ; U 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。
K6N+0# \12y,fOJ 模拟任务：反射光束整形设置
bOD] `*q 引入的反射光束整形装置是基于一个反射镜系统，此系统由两个抛物面圆柱反射镜镜与抛物面截面反射镜组成。焦点距离和镜子的位置取决于输入光束的发散角。
fiW2m=h_ U2jlDx4yg 
l{hO"fzy 9]QHwa>_|2 
d t^Hd]+^\ f s 2} a 规格：像散激光光束
bkiMF$K,K %Q zk aXJ 由激光二极管发出的强像散高斯光束
rtz ]PH 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动
jz,Gj}3; Pp`[E/
qj4 
a2B9
.;F ex8 }./mjJ 
dlBr2 9 co{i ~['u 规格：柱形抛物面反射镜
X- `PF t4+bRmS`_ 有抛物面曲率的圆柱镜
`+@r0:G&v 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面
b?k6-r$j 曲率半径等于
焦距的两倍
v;d3uunqv G' mg-{ 1 5R:m:T 规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型）
^tI4 FQ>Y \6;b.&%w2 对称抛物面镜区域用于光束的准直
UVgDm&FF 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型）
5W(`lgVs, 离轴角决定了截切区域
>Zh^,T={G B* k|NZj 规格：参数概述（12° x 46°光束）
Q; BD|95nl 7$Lt5rn"} 
?~ /_&=NSx CgKFI 光束整形装置的光路图
p/KG{-f, 3V3 q
vd 
;I~ UQgE6H 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。
()z n8_z 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。
'}E"M db ,soXX_Y> 反射光束整形系统的3D视图
-gpHg i Jr(;Bq 
M4E== CIAKXYM
光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。
L[MAc](me- 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）。
n_4BNOZ~ NGkWr 详述案例
} []1`2qD M>u84|` 模拟和结果
%9 _jF" [S?`OF12 结果：3D系统光线扫描分析
t D6ukK1x 首先，应用光线追迹研究光通过
光学系统。
yLQwG., 使用光线追迹系统分析仪进行分析。
"MgTfUIiyD s"(F({J file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd
!}=#h8fv @m9dB P 使用参数耦合来设置系统
4v .i!U#
{ (} Y|^uM, 自由参数：
DiSU\?N2' 反射镜1后y方向的光束半径
j4$NQ]e^4 反射镜2后的光束半径
7A{,)Y/w ^ 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量）
fT5vO.a
由于功能原理，所有系统参数（距离，焦距，直径）可以由光束参数分析计算。
@Op7OFY% 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。
T*](oA@ @-XM ox/ 
Q'0:k{G
-"}nm!j /5 
%[BOe4[
y ~Vl0f; 自由参数：
6{H@VF<QY! 反射镜1后y方向的光束半径
lLN5***47J 反射镜2后的光束半径
wQ '_ , d 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量）
fn Pej?f: 基于光束发散角和直径（x和y方向）焦点，可以计算并设置反射镜的直径和距离z。
d%#5roR4< 9HZR%s[J 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。
6d;RtCENo sDjbvC0 (4C_Ft*~j 结果：使用GFT+进行光束整形
HA ~BXxa/ (~]0)J 
| yi#6!}^ M ~5Ja0N~ 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。
j0A9;AP;;C 3j/~XT 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。
a4Y43 n c='uy x 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。
Nj+g Sa9 hf5+$^RZ 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差：
y@Ak_]{b T:S[[#f{5 
0134mw%jk /8LTM|( file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd
'J_6SD #F ;@Qi3z 结果：评估光束参数
"\rR0V!wA >44,Dp] 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。
InB'Ag" 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。
b@9d@@/wx 
O{wt0 \P Jv59zI 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。
!5K5;M_Ih" 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）
gS.,V!#t k .W1bF9n6 file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd
)CG,Udu zj7?2 光束质量优化
#Bhc W"@ *iXaQu T 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。
)KUEkslR: 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）。
nO q`Cwh9 KWH:tFL. 结果：光束质量优化
7o$S6Y;c4 ?pkGejcQ 由于通过高斯孔径传播，光束显示出理想高斯形状。 因此，M2值在两个方向上几乎都是1。
Wrs 6t 4[
=C,5r 
9&'HhJm RpU.v
` 然而，光束半径是略有减少。（光束半径显示在最后一张幻灯片是由于其偏离了理想高斯。）
l vfplA )q>q]eHz 
qw}.
QwPT file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd
52' 0l> |^ J5YwCf 反射镜方向的蒙特卡洛公差
]3 CWb>!_ gi<%: [j T 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。
DQ%(X&k DcmR vi)&6 这意味着参数变化是的正态
~o8x3`CoF X?n($z/ { 
!_+ok$"d ]s}9-!{O
对于这个例子，假设每个反射镜都有±0.1°的角度偏差（绝对的方向）。 由于这个偏差，整形光束的波前差明显增加。
HKG8X=" 这意味着，波前对对齐误差很敏感。
& eWn S~hJ VVH L@ 
_E4_k%8y iKA qM{( file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run
e+Sq&H!@ koy0A/\% 第一个随机公差的典型强度分布：（相应的均方根波前差：1.08λ，40.4λ，140λ）
3'6by!N,d VMJK9|JC[ 
|!uC [= 2R~[B]2"r 由于波前差和因此校准的偏差更大，M2值明显增加。可以使用高斯孔径来减少。
+p0Y*. =$WDB=i 总结
/R[P sB 7nk3^$| 实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。
w!
':Ws 1.模拟
{/K!cPp9 通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。
Fz^5cx mw 2.研究
T,5(JP(h3 为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。
e/F+Tf 3.优化
G'WbXX 通过使用显示出高斯整形孔径函数和经典场追迹引擎来优化M2参数。
oE$ zOS&2 4.分析
n VGWJ3 通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。
hpz DQ6-Y 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。
Rj~y#m qz.WF8Sy2 参考文献
!&5B&w{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).
Sbjc8V ut _QiGrC 进一步阅读
CC XOxd AqjEz+TVt 进一步阅读
7*g'4p- 获得入门视频
-59;Zn/ - 介绍光路图
vKTCS - 介绍参数运行
GFgh{'| 关于案例的文档
[_zoJ - BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens
js)I %Z - BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens
yr34&M(a - BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing
`lN
Z|U - BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair
