光束传输
系统（BDS.0005 v1.0）
~KIDv;HSb[ 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
&$fbP5uAZ t]_S i&+w _hD 简述案例
GSVdb/+ rE!1 wc>L 系统详情
msTB'0
光源 9 |:^k. - 强象散VIS激光二极管
[!*xO?yCJ 元件
0^ !Gib - 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜）
h%#_~IA:| - 具有高斯振幅调制的光阑
!)OB@F%U 探测器
K!8zwb=fq -
光线可视化（3D显示）
j^u [ F" - 波前差探测
/-*hjX$n - 场分布和相位计算
$G?(OWI}l` - 光束
参数（M2值，发散角）
/r$&]C:Fi 模拟/设计
Y\t_& px - 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算
H"YL
k - 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）：
}B!cv {{ 分析和
优化整形光束质量
?AsDk ~3 元件方向的蒙特卡洛公差分析
%Jo xYy- }N3`gCy9eN 系统说明
0-e m3
IP7h' 
Z^6#4Q]YC 模拟和设计结果
.;Y
x*] [QEw K|!L 
d?Y-;-|8Qh 场（强度）分布 优化后
数值探测器结果
w6,*9(;$Pk B \<ydN 
P1d,8~ ; 
Kmry=`=A C-#.RI7 总结
1$["79k (wL3 + 实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。
&6" P7X 1.模拟
a&5g!;. 使用光线追迹验证反射光束整形装置。
dK # h<q1 2.评估
$pu3Ig$^ 应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。
ofwQ:0@ 3.优化
*wU dC 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。
1i,4".h?M 4.分析
@\!!t{y 通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。
j U$Y>S>l k :0P+d 对于复杂的光束整形装置，特别是离轴系统，可以使用VirtualLab来进行高效的模拟和分析。模拟过程中，根据情况应用不同的模拟引擎。
O)5 #Fcp( [
-12]3 详述案例
xii$e i[=C_+2 系统参数
<d! 6[,W; ZlM_ m
>,o 案例的内容和目标
2v^lD(' (t74a E pi 在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。
uX0
Bp8P [:pl- _.C 
,kE =TR.| 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。
AF[>fMI 之后，研究并优化整形光束的质量。
h ]}`@M" 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。
q!2<=:f
YX `%A6 模拟任务：反射光束整形设置
C9Wojo. 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。
.;Z.F7{q $[Q cEk 
2fBYT4*P;
Ut;' Gk 
ohTd' +Lm Z!)f* 规格：像散激光光束
0.(M l5&e 4
m $sJ 由激光二极管发出的强像散高斯光束
"i''Ui\H 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动
XW:%vJu^` -7 L 
'_E c_ F $O]^Xm3{ @ 
yjv&4pIc1 LO}z)j~W 规格：柱形抛物面反射镜
C$ hQN K T%{G8Y@M 有抛物面曲率的圆柱镜
UhA _1A'B 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面
, #Ln/; 曲率半径等于
焦距的两倍
VK$zq5 D kpWzMd &RK + yIL[D 规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型）
u m{e&5jk ' W+i[Ep5Q 对称抛物面镜区域用于光束的准直
*sAOpf@M 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型）
}_vM&.GFlL 离轴角决定了截切区域
?GfxBZWJ #O><A&FrF` 规格：参数概述（12° x 46°光束）
mR!rn^<l }2mI*"%)\u 
[^Q&suy -UTV:^ 光束整形装置的光路图
^Bn1; u<C $'V 
T#Fn:6 _= 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。
:Ip~)n9t 因为离轴抛物面镜的位置是相对于它的焦点，那么到反射镜2的距离z必须是负的。
[Q=4P*G}X `L;OY 4 反射光束整形系统的3D视图
M(NH9EE 2\ ,e 
rF' <r~Lw fvO;lA>`
光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。
@,GjeF]! 绿线表示生成的光轴，由VirtualLab的基础定位方法生成（仅仅设置了距离z和倾角）。
=_uol8v gDM Ac/V`l 详述案例
a /QIJ*0 H[Cj7{ V 模拟和结果
#[Z< =i~C {DSyV: 结果：3D系统光线扫描分析
.dt#2a_5q 首先，应用光线追迹研究光通过
光学系统。
22PGWSQ 使用光线追迹系统分析仪进行分析。
OoE9W MHGj vSx file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd
s5nB(L*Pjp {GAs FnZk 使用参数耦合来设置系统
H a90 |E?
,xWN 自由参数：
-S`TEX
反射镜1后y方向的光束半径
aQxe) 反射镜2后的光束半径
<Ak:8&$O 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量）
&bn*p.=G 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。
zv`zsq DJ 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。
FzA{U O FF8WTuzB+ 
?-4OfGN }WA<=9e 
k:`a +L iZ cxL,]27Bu 自由参数：
>}70]dN7b 反射镜1后y方向的光束半径
*>G ^!e.u 反射镜2后的光束半径
@Ap@m6K?q 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量）
m9%yR"g9 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。
bJANZn|H Zp ^)_ 0 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。
|&9 tU sYl&Q. \q ?`z a-+<r< 结果：使用GFT+进行光束整形
D` 1I;Tb# loml.e=87 
^ b=5 6~[ B8`R(vu; 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。
e6Wl7&@6 3S;>ki4(0 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。
/,=Wy"0TJ jn0 t-": 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。
I:r($m ` ' dX/ d 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差：
L~'^ W/N "K9vm^xP 
' 2;Ny23 P9 W<gIO file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd
;JMOsn}8 .;] YJy 结果：评估光束参数
kxcgOjrmI E|KLK4 ] 从生成的整形光束场分布，可以评估光束参数。 可以直接通过使用探测器界面实现。
cP/F| uG5 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。
T3 =-UYx] 
N:m@D][/sW s?4%<jz 整形光束在x和y方向上显示了一个几乎相同的半径。 发散角大约是4urad。
}Z~pfm_S M2值明显高于1。（与理想高斯光束相比，高M2值是由光束偏离引起的）
AT2NC6{M ;mCGh~?G file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd
8A`p :
OS mr 光束质量优化
; |E! |w 'p4da2% 通常，使用合适的高斯调制光阑以用于优化M2值。 因此，我们使用测量的半径作为腰束半径（消除发散角）来生成一个高斯光束。
w*|= k~z 之后，将接收场转换成一个透射函数。 将该传输函数用作光阑（在一个透射函数元件中）。
' [7C~r{% %!N2!IiVs 结果：光束质量优化
w a-_O< HYa$EE2 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。
Pf^Ly 97
75Q XkJu 
X^?|Sz<^E ,"v)vTt 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。）
KT]J,b nN(D 7wk 
Q6s5#7h'"
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd
E@\d<c. if gr<QlG 反射镜方向的蒙特卡洛公差
y \mutm USHlb#* 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。
SNopAACf1 e0G}$
as 这意味着参数变化是的正态
ebl)6C U{U:8== 
mE3SiR " }uV? 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。
K%aPl~e 这意味着，波前对对齐误差很敏感。
7Y_fF1-wY zx_O"0{5 
#N VF\ qCxD{-9x{ file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run
=2vMw] 3<~2"@J 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）
5;sQ@ Cnc\sMDJ\B 
/I`bh _taHf %\4 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。
o\=i0HR9 {YO%JTQ 总结
g~$GE}, , c],frhmyd 实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。
!txELA ~24 1.模拟
w50Bq&/jX 通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。
&ttv4BC^r 2.研究
SCt=OdP= 为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。
iz%A0Z+`bg 3.优化
&Curvc1fm 通过使用显示出高斯整形孔径函数和经典场追迹引擎来优化M2参数。
zvK5Zx l 4.分析
fEv<W
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。
HN~v&, 可以使用VirtualLab Fusion非常有效地模拟和分析复杂的光束整形装置，尤其是离轴系统。为此，根据情况应用不同的模拟引擎。
aJa^~*N/Aa &xiDG=I# 参考文献
8#d1}Y [1]M. Serkan, H. Kirkici, and H. Cetinkaya, “Off-axis mirror based optical system design for circularization, collimation, and expansion of elliptical laser beams”, Appl. Optics 46, No. 22, 5489-5499 (2007).
bsk=9K2_2t X
gx2 进一步阅读
h^ecn-PC _w5~/PbWt 进一步阅读
,GXfy9x7U 获得入门视频
/qz "I-a - 介绍光路图
Jq+$ _Uqd - 介绍参数运行
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\w0b"p - BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens
x [ O#(^ q - BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens
?3"D|
cS1 - BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing
BHJ'[{U*w - BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair
