光束传输
系统（BDS.0005 v1.0）
y ,e# e` 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
n\Y{ ?x YBb%D VL4ErOoZ 简述案例
]w ^9qS s @\UZ C 系统详情
"l0z?u
光源 d;1%Ei3K - 强象散VIS激光二极管
G zy"$t 元件
qk!")t - 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜）
RS'!>9I - 具有高斯振幅调制的光阑
=w &JDj 探测器
:=9?XzC C -
光线可视化（3D显示）
!;EG<ji,gj - 波前差探测
>Wvb!8N - 场分布和相位计算
Hq=5/ N - 光束
参数（M2值，发散角）
2w6 y 模拟/设计
hn]><k aA - 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算
n HiE$Y - 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）：
t<~$?tuZ 分析和
优化整形光束质量
}&|S8: 元件方向的蒙特卡洛公差分析
h 2M >4c t*X
k'(v 系统说明
7S+_eL^ B"sQ\gb%Q 
ON"F
h'? 模拟和设计结果
hes$LH (`%$Aa9J 
!5 8j xh 场（强度）分布 优化后
数值探测器结果
UOh % "h P,1[NW 
~:8}Bz2!5 
L<8:1/d\ <i}lP/U 总结
!e+ ex"7 %-u R a\ 实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。
J~ dk4D\ 1.模拟
i4"BN,NZ{ 使用光线追迹验证反射光束整形装置。
7Uy49cs, 2.评估
dG5p`N % 应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。
:v-&}? 3.优化
< <a1a 利用一个具有高斯形状孔径函数的光阑和经典场追迹引擎来优化M2参数。
@&H Tt 4.分析
sJA` A 通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。
.7lD J2 q o,uOi 对于复杂的光束整形装置，特别是离轴系统，可以使用VirtualLab来进行高效的模拟和分析。模拟过程中，根据情况应用不同的模拟引擎。
Qv~KGd9 ! n@*6 详述案例
k.UQ T ^. 9 WE_9$<V 系统参数
hRKAs
]^j /"$ A?}V 案例的内容和目标
BT[jD}? *>b*I4dz 在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。
II=(>G9v ?;{ d 
'x'.[=; 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。
kl(id8r 之后，研究并优化整形光束的质量。
$_bhZnYp7 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。
Na6z 1&wS j^ y9+W_b 模拟任务：反射光束整形设置
7r,s+u. 引入的反射光束整形装置是基于一个反射镜系统，此系统由两个抛物面圆柱反射镜镜与抛物面截面反射镜组成。焦点距离和镜子的位置取决于输入光束的发散角。
h%2;B; p] (7v]bqfw 
8v e G ^o Y`sec Ug 
HfQZRDH d46PAA{' 规格：像散激光光束
2@&|/O6_\h A:{PPjs%LA 由激光二极管发出的强像散高斯光束
heLWVI[so 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动
6xDYEvHS sR(or =ub~ 
Nd5G-eYI /iz{NulOz* 
v$ H= ~ m
OHEl.p]| 规格：柱形抛物面反射镜
x:Mh&dq? EL--?<g 有抛物面曲率的圆柱镜
8xAxn+; 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面
6oh\#v3zV 曲率半径等于
焦距的两倍
(Nzup 3j |@Cx%aEKU Wc6Jgpl 规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型）
%Y0, ww2 g>L4N.ZH_v 对称抛物面镜区域用于光束的准直
;F)j,Ywi)H 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型）
UG @9X/l} 离轴角决定了截切区域
}8j oltf 8X S_I{}? 规格：参数概述（12° x 46°光束）
Mp%.o}j
U%<E9G594 
G=1&:nW ' nTG @=C # 光束整形装置的光路图
@y"/hh_? 5 uo?KSX% 
O~wZU Zf 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。
3e)W_P*0? 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。
CrvL[ 6i //x^[fkNq) 反射光束整形系统的3D视图
eUY/H1 %S'gDCwq 
qdss(LZ ][gr(-6 8
光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。
}jfOs (Q] 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）。
pm)kocG vS@;D7ep 详述案例
HITw{RPrW Q sXy(w# F 模拟和结果
X-lB1uq^ bi@z<Xm% 结果：3D系统光线扫描分析
l0
Eh? 首先，应用光线追迹研究光通过
光学系统。
B Xzn-S 使用光线追迹系统分析仪进行分析。
4V6^@ >ocDh~@aP file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd
Lm!/ iseGv x>C_O \ 使用参数耦合来设置系统
;?q>F3 n 4 ~s{zob 自由参数：
.=kXO{> 反射镜1后y方向的光束半径
M/d6I$~7z 反射镜2后的光束半径
Ro2Ab^rQ| 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量）
.!oYIF*0zC 由于功能原理，所有系统参数（距离，焦距，直径）可以由光束参数分析计算。
SV?^ i ` 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。
8 LPvb#9= ? " +g6II 
B(eC|:w[z uV|%idC 
}ldOxJSB ? I:l/U-b7h 自由参数：
pHftz-RS! 反射镜1后y方向的光束半径
6T`F'Fk[ 反射镜2后的光束半径
Q>% {D n\? 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量）
G`D~OI 基于光束发散角和直径（x和y方向）焦点，可以计算并设置反射镜的直径和距离z。
Ic<J]+Xq ~zd+M/8 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。
(m~gG|n4 e`7dRnx&0 tCVaRP8eC+ 结果：使用GFT+进行光束整形
pXE'5IIN ##\
<mFE 
%v"qFYVX" `mt x+C 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。
H\PY\O&cP ~d9@m#_T#~ 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。
LQo>wl &{R]v/{p] 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。
([#4H3uO- g[%iVZ 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差：
v PJ=~*P = s?9$o
Qq1 
32S5Ai@Cd" =qNZ7>Qw file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd
9 aa cW Py !
F 结果：评估光束参数
"J=A(w5 ExW3LM9 ( 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。
%&81xAt 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。
FSN zBN 
e.n*IJ_fz D| g I3i 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。
/ ygC_,mx 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）
&2Q0ii#Aa *?`<Ea file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd
<uf,@N5m R) Y*<Na 光束质量优化
F8* zG 4/& nuucYm%IF- 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。
)*m#RqLQ8 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）。
G?e\w+}Pj@ Y2 oN.{IH 结果：光束质量优化
|EpL~ G_ `9vCl@"IV 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。
B In7<.& km=d'VvnI 
#^zUaPV 7r L >X39R~ 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。）
0,M1Q~u%. q)F@f / 
lD]/Kx file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd
[7+ dZL[ s6HfN' 反射镜方向的蒙特卡洛公差
:L&d >Ii|' 6d#:v"^, 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。
dp=#|!jc qCUn.
mI 这意味着参数变化是的正态
vq_v; $9} O @)D%*;v 
[Fo" MeH?R 8(k P=
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。
z'r B_l 这意味着，波前对对齐误差很敏感。
,f3Ck*M o8h1 
]4
q6N w`a(285s)i file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run
E#^?M#C ]R7zv cu& 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）
n| [RXpAp3 Hp1n*0%dZ& 
n1;y"`gHk W:TF8Onw 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。
<7 X6UL Q ,K 1X/), 总结
+1(L5Do} U|YIu! ^ 实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。
Wti?J.Csc 1.模拟
QmRE<i 通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。
!^*-]p/z 2.研究
etD8S KD 为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。
Vv<Tjr 3.优化
\Bg?QhA_D 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。
0f]LO g 4.分析
D@
R>gqb 通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。
S mjg [ 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。
$ Eh8s( tiHP? N U 参考文献
4Px [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).
^N2N>^'&1. H6! <y- 进一步阅读
j n/
J-X= "JBTsQDj! 进一步阅读
tc4"huG 获得入门视频
xZpGSlA - 介绍光路图
W%.ou\GN^t - 介绍参数运行
Btu=MU S 关于案例的文档
fD:>cje - BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens
VfON{ 1g - BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens
du0]LiHV - BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing
v<SCh)[-p - BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair
