光束传输
系统（BDS.0005 v1.0）
14) kKWG 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
& /FA> Vm5P@RU$w; *IfIRR>3l( 简述案例
]a@v)aa- t+Tg@~K2[> 系统详情
#$
raUNr
光源 @5nkI$>3z - 强象散VIS激光二极管
p44uozbK 元件
$AJy^`E^ - 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜）
? wiq
3f 6 - 具有高斯振幅调制的光阑
\=: g$_ l 探测器
0O 9
Lg} -
光线可视化（3D显示）
AXv3jH,HF - 波前差探测
^`C*";8Q - 场分布和相位计算
ki/L f4 - 光束
参数（M2值，发散角）
p`V9 +CA 模拟/设计
]KII?{ <k - 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算
&T 4Cn@ - 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）：
kO\&mL&
qD 分析和
优化整形光束质量
x +j/v5 元件方向的蒙特卡洛公差分析
|D_n4#X7u 7!d<>_oH 系统说明
oGjYCVc | r*1.V( 
Lm2cW$s 模拟和设计结果
ynz5Dy.d; q\b9e&2Y 
~#xs
`@{s 场（强度）分布 优化后
数值探测器结果
ZCq\Zk1O& K^p"Z$$ 
xuC6EK+ 
ZkG##Jp\> tbt9V2U:"n 总结
^{,},
i Y- 9j2.{ 实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。
cyn]>1Z M 1.模拟
$7ME a"a 使用光线追迹验证反射光束整形装置。
=$`")3y3 2.评估
6I'V XdeN 应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。
mi3q1npb7[ 3.优化
D}=i
tu 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。
TuPxyB 4.分析
O&1p2!Bk4 通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。
]7ZC>.t
l Jp v 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。
_-nN(
${ { nFOG=>c} 详述案例
m<;" 1<k iw6M3g# 系统参数
x~I1(l7r *^m.V= 案例的内容和目标
-CNv=vj 3 Hqy>!1 ! 在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。
W5yu`Br M%LwC/h:, 
NWX%0PGZ 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。
r]vBr^kq 之后，研究并优化整形光束的质量。
%bETr"Xom
另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。
MZ[g|o!)v Kct +QO( 模拟任务：反射光束整形设置
}|,\ ?7, 引入的反射光束整形装置是基于一个反射镜系统，此系统由两个抛物面圆柱反射镜镜与抛物面截面反射镜组成。焦点距离和镜子的位置取决于输入光束的发散角。
AZP>\Dq .}op mI 
RB@gSHOc? ~|jy$*m4A 
f\_Q+!^ U/l ra&P 规格：像散激光光束
"K=)J'/n `t"Kq+ 由激光二极管发出的强像散高斯光束
lY,1 w 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动
iC\=U ~H."{ 
!I
P* %5w) }|fw 
)W#g@V)> J@-9{< 规格：柱形抛物面反射镜
T+( A7Qrx% ^W*)3;5 有抛物面曲率的圆柱镜
3hjwwLKG$ 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面
) W3l{T( 曲率半径等于
焦距的两倍
vIv3rN=5vB G-> @ zL}DL fy>R 规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型）
7hE=+V8 k} 7)pJNj 对称抛物面镜区域用于光束的准直
Wx`IEPsVbk 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型）
+ #9 (T
离轴角决定了截切区域
{ [# !y0
O['7 规格：参数概述（12° x 46°光束）
z<XS"4l?W 1@Gv`{v 
%ua5T9H Z SpQ6A]M gm 光束整形装置的光路图
x$4'a~E $9$NX/P 
-I<`!kH* 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。
CKx} .<_ 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。
X:bgY g DIB'Y 反射光束整形系统的3D视图
* GnO&&m'B z81!F'x; 
}7^*%$ D7wWk
,B
光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。
<Z_`^~! 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）。
4 \iQ%fb H2-( 详述案例
kv2:rmv o$;x[US 模拟和结果
P40 eK0 e6 <ZEll[0L 结果：3D系统光线扫描分析
M1\/ueOe 首先，应用光线追迹研究光通过
光学系统。
2 1Opx~T3 使用光线追迹系统分析仪进行分析。
v.J#d>tvf Dbd5d]]n3 file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd
= $ J2 y+<HS]vyV 使用参数耦合来设置系统
4T-AWk oyY,uB.| 自由参数：
[ sRQd;+ 反射镜1后y方向的光束半径
$Vh82Id^ 反射镜2后的光束半径
UNa e&Zir 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量）
pDT6>2t 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。
jHzb,& 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。
stScz#! BGS6uV4^> 
L|Iq#QX| I_Qnq4Sk( 
7v_e"[s~ 8 B5%IgA 自由参数：
-fv.By yA 反射镜1后y方向的光束半径
z~al
h?H 反射镜2后的光束半径
d29HEu 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量）
N4 pA3~P 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。
3&
$E h9mR+ng*oD 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。
AseY .0 .[!
^ L z m%\L/BF 结果：使用GFT+进行光束整形
W\ckt]' iD~ s, 
O1"!'Gk[!L g&
Rk}/F 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。
~Q0}>m,S [ 0Sd +{Q 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。
/uWON4 N C& 1l] 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。
X"]ZV]7(]s - p }]r 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差：
o/xE
O =AW 53c6 dl 
p#w,+)1!d l)H u.1~ file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd
l`k3!EZDS //(c 1/s 结果：评估光束参数
D+U ^ pl- M E.LS2'n 从生成的整形光束场分布，可以评估光束参数。 可以直接通过使用探测器界面实现。
9b0Z
Ey{ 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。
9/Ls3U? 
0IZV4{ `^/Q"zH 整形光束在x和y方向上显示了一个几乎相同的半径。 发散角大约是4urad。
q)/4i 9
M2值明显高于1。（与理想高斯光束相比，高M2值是由光束偏离引起的）
S/4k fsN 5B Z5Gl3 file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd
qr */}F6 Wd7*sa3T 光束质量优化
Z-:`{dns/ ?s//a_nL* 通常，使用合适的高斯调制光阑以用于优化M2值。 因此，我们使用测量的半径作为腰束半径（消除发散角）来生成一个高斯光束。
"](~ VF[J8 之后，将接收场转换成一个透射函数。 将该传输函数用作光阑（在一个透射函数元件中）。
j'W)Nyw$[ -(jcsqDk 结果：光束质量优化
E4{8 $:q= z K&`&("4C 由于通过高斯孔径传播，光束显示出理想高斯形状。 因此，M2值在两个方向上几乎都是1。
t?s1@}G^ ci!c7 ,'c 
y~\z_') <> >y?$aJ8ZV 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。）
jH8F^KJM[ \%)p7PNY 
#>0nNR[$Y file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd
8yd OS +m Y(6|1 反射镜方向的蒙特卡洛公差
*]L M2J 09Fr1PL 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。
.hvIq
.vr :KQ<rLd 这意味着参数变化是的正态
0@
-LV:jU o,29C7Ii 
0P|WoC X 9]Y@eRI< 对于这个例子，假设每个反射镜都有±0.1°的角度偏差（绝对的方向）。 由于这个偏差，整形光束的波前差明显增加。
6 R!0 v8 这意味着，波前对对齐误差很敏感。
P6MT[ I*X| pRD 
xd* kNY @A:Xct file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run
<+6)E@Y m^wY RA. 第一个随机公差的典型强度分布：（相应的均方根波前差：1.08λ，40.4λ，140λ）
aJub( " UW\.!TV 
BM3nZ<%3 sV-9 xh)i 由于波前差和因此校准的偏差更大，M2值明显增加。可以使用高斯孔径来减少。
x{=t y*E 6`4= !ZfI 总结
7y:J@fh< K\uR=L 7 实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。
,ujoGSx} 1.模拟
4Y Kb~1qkk 通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。
/@0wbA 2.研究
3o z ] 为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。
<@oK ^ja 3.优化
xC|7"N^/ 通过使用显示出高斯整形孔径函数和经典场追迹引擎来优化M2参数。
<h( t W 4.分析
f@Db._ E 通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。
!?]NMf_ 可以使用VirtualLab Fusion非常有效地模拟和分析复杂的光束整形装置，尤其是离轴系统。为此，根据情况应用不同的模拟引擎。
P! :D2zSH_ zE<}_nA 参考文献
:Vv= p*~ [1]M. Serkan, H. Kirkici, and H. Cetinkaya, “Off-axis mirror based optical system design for circularization, collimation, and expansion of elliptical laser beams”, Appl. Optics 46, No. 22, 5489-5499 (2007).
4 /$]wK` O4 [[9 进一步阅读
xK
/NzVt Zd042
% 进一步阅读
ucyxvhH^- 获得入门视频
|Kb-oM&^# - 介绍光路图
xm bkn}@A - 介绍参数运行
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!uHX2 B+~ - BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing
z[l17+v - BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair
