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光束传输系统（BDS.0005 v1.0） $rs7D}VNc  
/-E>5wU  
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 u)&6;A4  
$q DH  

"KOLRJ@  
,f$A5RN  
简述案例 J[L$8y:  
!#3#}R.$Fl  
系统详情 &xr?yd  
 光源 &k&tkE  
- 强象散VIS激光二极管 ma~WJ0LM\  
 元件 QYVT"$=  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） x_v pds  
- 具有高斯振幅调制的光阑 #PoUCRR
C  
 探测器 ~yt+xWV  
- 光线可视化（3D显示） ]. 1[H~5N  
- 波前差探测 q{@>2Al
K  
- 场分布和相位计算 -DX|[70  
- 光束参数（M2值，发散角） [rU8%  
 模拟/设计 `zC_?+  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 |g> K$m^  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： |6`yE]3-(  
 分析和优化整形光束质量 :2 ?dl:l  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 `"I^nD^t>Y  
2aW&d=!ZV  
系统说明 3 _:yHwkD  
U;;vNzcn
 
M,e_=aq  
模拟和设计结果 FlD !?  
JmWN/mx  
数值探测器结果 }OI;M^5L  
Nk86Y2h  
vhTte |(  
1`5d~>fV  
"^zxq5u  
总结 YX18!OhQ  
\W(C=e  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 >LFhu6T  
1.模拟 ~k+-))pf  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 xV~`sqf  
2.评估 !(w\%$|  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 ;-n+=@]7  
3.优化 ZR6KE_  
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。 $?(fiFC  
4.分析  -"\z|OQ  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 H;G*tje/M  
/tJJ2 =%l  
对于复杂的光束整形装置，特别是离轴系统，可以使用VirtualLab来进行高效的模拟和分析。模拟过程中，根据情况应用不同的模拟引擎。 fJd!;ur)0  
%z`bu
2  
详述案例 OY51~#BF  
jToA"udW/  
系统参数 3vHEPm]  
FoInJ(PDH  
案例的内容和目标 `+\+  
B<H5WI  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 %S]5wR6;_  
|mc!v*O  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 1 BAnf9  
 之后，研究并优化整形光束的质量。  Sl  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 S3P;@Rm  
"So+  
模拟任务：反射光束整形设置 A>xFNem  
引入的反射光束整形装置是基于一个反射镜系统，此系统由两个抛物面圆柱反射镜镜与抛物面截面反射镜组成。焦点距离和镜子的位置取决于输入光束的发散角。 x a7x 2]~-  
(m-(5 CaJ  
+smPR  
SE;Jl[PgcL  
pI( OI>~3  
n>+M4Z
b  
规格：像散激光光束 )<U
NiC  
RoJ{ ou@cs  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 P,j)m\|  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 A>bo Xcr  
%_(e{Mf)  
R8W{[@  
?r'rvu'/  
MJt?^G (w?  
b=wc-nA  
规格：柱形抛物面反射镜 z$QYl*F1  
                         ,~hvF
TJI  
 有抛物面曲率的圆柱镜 $eCxpb..  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 f}Mc2PQ-  
 曲率半径等于焦距的两倍 8)\ ?6C  
}{n[_:[7  
`$AX!,<!G  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） W+cmn)8  
}~:`9PV)Z%  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 MIsjTKE  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） Z7V1e<E  
 离轴角决定了截切区域 l <Tkg9  
^Cst4=
:W  
规格：参数概述（12° x 46°光束） .Qyq*6T3&  
V) a<)  
   p[!&D}&6h  
%|I~8>m  
光束整形装置的光路图 YiTiJ9jf  
X"z^4?Aj+  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 Q;*TnVbJ  
 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。 5*/~) wN\U  
2y>~<S  
反射光束整形系统的3D视图 u<!8dQ8  
k-Hy>5;  
+g(>]!swb  
'P0:1
">  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 NoB)tAvw  
 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）。 3,8<5)ds*  
]o$aGrZ  
详述案例 bX Q*d_]WT  
<~X4&E]rT_  
模拟和结果 ]u?|3y^(  
-,)&?S  
结果：3D系统光线扫描分析 _ho9}7 >  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 *39Y1+=)$$  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 @SjISZw_  
g`i?]6c}jt  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd <U%4$83$  
A(V,qw8  
使用参数耦合来设置系统 +DmfqKKbd  
2F%2K?$`Ej  
CBN,~wzP*  
自由参数： h6Ovl  
 反射镜1后y方向的光束半径 0/5 a3-3{  
 反射镜2后的光束半径 *'H0%GM  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） B5{ wSr  
 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。 (HbA?Aja  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 rE$0a-d2B  
!w2J*E\  
uH="l.u  
^SM>bJ1Z_  
NX%"_W/W  
$ @g\wz  
s;e%*4  
自由参数： :%7y6V
*  
 反射镜1后y方向的光束半径 v7gs $'Q  
 反射镜2后的光束半径 iY?J3nxD-:  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） UR?biq  
 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。 x7J8z\b"O  
kn<IWW_t  
eocq Hwbv  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 =hFIH\x  
e}>3<Dh  
) rw!. )  
结果：使用GFT+进行光束整形 "`g5iUHqUl  
Jx@_OE_vp  
IJ\4S  
a;bmZh  
uJ-Q]yQ  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 WN#S%G:Q)  
B0E`C  
$-Iui0h  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 ^G(U@-0..  
9UDanj P  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 )hG4,0hv&  
9`y@2/!Y  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： 7md,!|m
 
4}4cA\B:n  
Q~k5 }n8  
O]_a$U*6  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd Br4[hUV/  
{,aX|*1Ku~  
结果：评估光束参数 
HOt,G _{  
rj}O2~W~
4  
g'cLc5\  
 从生成的整形光束场分布，可以评估光束参数。 可以直接通过使用探测器界面实现。 J4?i\wD:  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。 !E7JDk''@  
A |u-VXQ  
6|uv+$  
 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。 gcF:/@:Rm  
 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） ~aPe?{yIUa  
QL]e<2oPJ  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd *'w?j)}A9g  
?7=c`  
光束质量优化 7f] qCZ<0V  
MB7`'W
  
@*Tql:Qcd^  
 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。 x52#md-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）。 )E|{.K  
'VgEf:BS  
结果：光束质量优化 f+!k:}K  
-wa"
&Q  
W{m_yEOf  
 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。 5o6X.sC8e  
1-V"uLy@gC  
zfrNM9C  
%@9c'6  
 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。） J6J">  
(^oN, 7  
v]Fw~Y7l!  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd 'B:8tv  
5G2G<[p5oQ  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 !He_f-eZ  

iC{(vL0P+  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。  WD55(  
$J8g)cS  
=MU(!`  
 这意味着参数变化是的正态 `>0%Ha  
&V|kv"Wwj  
E
+ctiVL  
!>\&*h-Cm#  
3xk_ZK82  
 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。 ,eGguNA9  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 cJerYRjsL  
Q6T"8K/  
$Qz<:?D  
:.9Y  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run E
.%V0}  
V0NLwl O  
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） tD*k   
m%0_fNSJ  
E{0e5.{  
k%3)J"|/  
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。 NH;e|8  
0W0GSDx  
总结 )DmydyQ'  
yAAV,?:o[  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 4E2#krE%  
1.模拟 o}DRp4;Ka  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 mPU}]1*p  
2.研究 SwsJ<Dq^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。 ~s-bA#0S  
3.优化 ^&D5J\][  
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。 ftvu69f  
4.分析 oi m7=I0  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 {yv_Ni*6!  
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。 X-tw)  
Siq]Ii0F;>  
参考文献 0cSm^a  
[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). XD?Lu _.  
 V~VUl)  
进一步阅读 ] )iP?2{  
gg.]\#3g  
进一步阅读 @<3E`j'p  
 获得入门视频 tA^+RO4  
- 介绍光路图 @ R[K8  
- 介绍参数运行 O&MH5^I  
 关于案例的文档 'z^'+}iyv  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens w[F})u]E  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens >yr;Y4y7K  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing r95,X!  
- BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair JNY?]|=  
*v%gNq  
<o9AjASv\,  
QQ：2987619807