光束传输
系统（BDS.0005 v1.0）
'r5[tK} 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
mf>cv2+ ;uC +5g` = yH#Iil 简述案例
+AT!IZrB2i !y>MchNv 系统详情
(HUGgX"=
光源 ?OU+)kgzh - 强象散VIS激光二极管
!1H\*VM " 元件
v<`1z?dch - 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜）
/_r g*y* - 具有高斯振幅调制的光阑
_/)?GXwLn 探测器
j aj."v -
光线可视化（3D显示）
8\~IwtSk - 波前差探测
[We(0wF[` - 场分布和相位计算
;b""N, - 光束
参数（M2值，发散角）
MO{6B#(<F 模拟/设计
N2"4dVV; - 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算
#egP*{F - 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）：
c !ybz{L 分析和
优化整形光束质量
K_J o^BZ 元件方向的蒙特卡洛公差分析
S|8O$9{x9q ^%v<I"<Uq5 系统说明
GA {Q6]B A|BvRZd 
6' M"-9?G 模拟和设计结果
eKL)jzC : ZU&I`q|Y6 
o y-Qy 场（强度）分布 优化后
数值探测器结果
c{Ax{ -'R R,hX *yVq 
?D#]g[6 
9's/~ T 9oteQN{9 总结
RN?z)9 ! W`C&$v# 实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。
>mT< AQ 1.模拟
VY'#>k} } 使用光线追迹验证反射光束整形装置。
EiY i <Z_S 2.评估
]FLuiC 应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。
2'"$Y' 3.优化
Ah_'.r1<P9 利用一个具有高斯形状孔径函数的光阑和经典场追迹引擎来优化M2参数。
> 9f -zv(n 4.分析
'iN8JO> 通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。
wovWEtVBU 0;Y_@UVj 对于复杂的光束整形装置，特别是离轴系统，可以使用VirtualLab来进行高效的模拟和分析。模拟过程中，根据情况应用不同的模拟引擎。
OC'cP[$ _ @|&P#wd.u 详述案例
FU0&E O 7
:s6W%W1* 系统参数
_4z>I/R>Z 2-| oN/FD 案例的内容和目标
z(^p@&r)F x3L3K/qMg 在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。
31 |Vb Vkex&?>v$ 
AA}M"8~2 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。
1$fA9u$ 之后，研究并优化整形光束的质量。
:yvUHx 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。
5|:=#Ql* $Q|66/ S^ 模拟任务：反射光束整形设置
-aGv#!aIl 引入的反射光束整形装置是基于一个反射镜系统，此系统由两个抛物面圆柱反射镜镜与抛物面截面反射镜组成。焦点距离和镜子的位置取决于输入光束的发散角。
MB\vgKY J$PE7*NU 
AKM\1H3U K}O~tff 
4EuZe:'X G%anot 规格：像散激光光束
KhZ'Ic[vw ~s{$ &N 由激光二极管发出的强像散高斯光束
yPm)r2Ck 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动
8T
6jM+ h A 20_a;V 
A0S6 4( lp?geav 
f7XmVCz1 *D]/V U 规格：柱形抛物面反射镜
G:' -|h b/ ]C, P 有抛物面曲率的圆柱镜
33couAP# 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面
1O9V Ej5 曲率半径等于
焦距的两倍
x&)P)H0vn |U$oS2U\m ~9]tt\jN*Y 规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型）
?
Z8 _(e0U Kd;|Z 对称抛物面镜区域用于光束的准直
a&ZH 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型）
xg J2W_ 离轴角决定了截切区域
~&k1P:#R ep[ 7#\}5 规格：参数概述（12° x 46°光束）
L< QqQ"` GS$ OrUA 
34]f[jJ| [F+l Vb 光束整形装置的光路图
G?=X!up( 'fcJ]%-= 
^#exs Xy 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。
KWy4}7a@,s 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。
S! ,.#e (Y UX2`x9 反射光束整形系统的3D视图
H*yX
Iq: j4H,*fc 
8!me$k & sP5PYNspA
光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。
Y.F:1<FAtf 绿线表示生成的光轴，由VirtualLab的基础定位方法生成（仅仅设置了距离z和倾角）。
:(A]Bm3 lGjmw"/C 详述案例
athU bbiDY 模拟和结果
GIo&zPx vYmRW-1Zxq 结果：3D系统光线扫描分析
GR O[&;d` 首先，应用光线追迹研究光通过
光学系统。
Gt\ F),@ 使用光线追迹系统分析仪进行分析。
0 4:^<n+{ .0.Ha}{6b file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd
"+&|$* N}VK H5U| 使用参数耦合来设置系统
D19uI&U4 WZ@nuK.39T 自由参数：
}#'O b 反射镜1后y方向的光束半径
e}kEh+4 反射镜2后的光束半径
IR(JBB|xNQ 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量）
"J%u
!~ 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。
`EBo(^n}O 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。
U`ID Z{g *8,]fBUq 
J03yFT,dF 0j7\.aaK 
~e ]83? y!mjZR,& 自由参数：
MPT*[&\- 反射镜1后y方向的光束半径
R BwI*~%g{ 反射镜2后的光束半径
b!5W!vcK 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量）
z[}[:H8 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。
!m' lOz vitmG'|WG 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。
j5G8IP_Wx { >bw :^F K\5@ yqy5 结果：使用GFT+进行光束整形
K.",=\53 \;.\g6zX 
68+ 9^ /b@8#p x 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。
~*- eL.
xuv%mj Q 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。
, N?~je . V[5-A $ft 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。
sD_Z`1 lBgf' b3$ 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差：
GFY Ag 75jq+O_: 
/al(=zf 7^ITedW@ file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd
jL6u#0 SQ1.jcWW[ 结果：评估光束参数
o(u&n3Q' 4T{+R{_Y1 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。
tUDO L-Tv 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。
|K,9EM3 
_ohZTT%l py]m^)yc 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。
xw&[ 9}Y 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）
.Xc, Gq{ +5JCbT@y file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd
S>/p6}3] h*Rh:yCR> 光束质量优化
T u?+pz`h 8 T):b2h 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。
Uwv Gw5)q 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）。
4h@jJm
<IC=x(T 结果：光束质量优化
\j+O |#`|) lQ<2Vw#Yl 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。
{Uz @`QO3 ^&03D5@LoY 
C\ZL *,%} TUw^ KSa 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。）
# 5wOgOv eB%KXPhMm 
{Kx eH7S file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd
c*-8h{} ,^pM]+NF| 反射镜方向的蒙特卡洛公差
' _lyoVP {0nZ;1,m 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。
XI}
C|]# jr bEJ. 这意味着参数变化是的正态
X,C&nqVFm8 `MA ee8u' 
w},' 1 g{.>nE^Sc5 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 kP}z 这意味着，波前对对齐误差很敏感。
u_;*Ay Sf);j0G,D 
nm'sub o@>{kzCx file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run
;5:g%Dt EgOA Ev 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）
b' Pq [ ) Zf68 EB 
[ R+zzl&Zw }S<2({GI 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。
'Y IFHn$! +0r Mv 总结
guz{DBlK
_CY>45 实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。
~=h]r/b< U 1.模拟
]sjYxe 通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。
1sl^+)z 8 2.研究
)IPnSh/ < 为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。
a/;u:" 3.优化
o,[~7N 通过使用显示出高斯整形孔径函数和经典场追迹引擎来优化M2参数。
w$n\`rQ 4.分析
$e& ( ncM 通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。
,DK |jf 可以使用VirtualLab Fusion非常有效地模拟和分析复杂的光束整形装置，尤其是离轴系统。为此，根据情况应用不同的模拟引擎。
]w h8m1 _IuEa\> 参考文献
5!$m3j_,]? [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).
/+l3
BeL
pJr c\`D 进一步阅读
kq6S`~J^R D
M(WYL{ 进一步阅读
.j:.?v 获得入门视频
.F:qJ6E - 介绍光路图
zWoPa,
- 介绍参数运行
A`v (hBM 关于案例的文档
m^rgzx19? - BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens
("0@_05O H - BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens
xB_F?d40T5 - BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing
agQzA/Xt - BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair
