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光束传输系统（BDS.0005 v1.0） n&3iv^  
SSL%$:l@  
二极管激光光束使用无色散离轴反射装置进行准直和整形 RIVL 0Ig  
:ET3&J L  
_Pfx_+  
7&RJDa:a7T  
简述案例 o$HJg  
02J6Pn3  
系统详情 `%
mBu`A  
 光源 ?;.1fJU>  
- 强象散VIS激光二极管 y-)+I<M  
 元件 o7@4=m}  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） ^qId]s  
- 具有高斯振幅调制的光阑 }TX'
Z?Lq  
 探测器 jy__Y=1}  
- 光线可视化（3D显示） T^(n+lv  
- 波前差探测 y_7XYT!w  
- 场分布和相位计算 d_WnK{  
- 光束参数（M2值，发散角） tXG4A$(2&  
 模拟/设计 v_@#hf3  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 _OknP2E  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： 1<qVN'[  
 分析和优化整形光束质量 1n
"+~N^\  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 ]=86[A-2N  
[y=$2  
系统说明 53u.pc  
I3zitI;  
u>Axq3F  
模拟和设计结果 dl7p1Cr  
?/l}(t$H  
数值探测器结果 VQ,\O  
dV2b)p4J  
[[66[;  
!7NzW7j  
r/q1&*T  
总结 |Qt`p@W  
"za*$DU  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 ?j4,^K3  
1.模拟 9 <kkzy  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 jXDzjt94J  
2.评估 <T.3ZZ%  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 A^Hp#b@  
3.优化 "w|k\1D  
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。 BE2\?q-  
4.分析 a+a%}76N  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 'xrbg]b%  
Dgq[g_+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。 ubCJZ"!  
TaHi+  
详述案例 tSXjp  
{}_Oo%IVGK  
系统参数
\q`+  
Q-dHR i
  
案例的内容和目标 {8bY7NH|  
(zLIv9$  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 n$![b_)*  
@ H`QLm  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 &\]f!'jV  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 _2!e!Z  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 F=T.*-oS3  
VQNH@g^gqr  
模拟任务：反射光束整形设置 sK9h=J;F/  
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。 "
$"mWF-  
K~ /V  
vLT12v:)`  
&lfF!   
6exlb:  
a
5~C:EU0  
规格：像散激光光束 rnBeL _8C  
!/(}meZj  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 2Ku#j ('  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 |b;M5w?  
NizJq*V>  
Rw=E_q{  
Vq7 kA "  
? A#z~;X@  
C
Y).I`aJ  
规格：柱形抛物面反射镜 %C][E^9  
                         
x w83K  
 有抛物面曲率的圆柱镜 ds[Z=_Ll  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 (X7yNIPfA  
 曲率半径等于焦距的两倍 :@8.t,|  
v%7JZ<I'A  
zr9Pm6Rl  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） 3Co>3d_  
]~M{@h!<  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 ^
A<.s_  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） <:7e4#  
 离轴角决定了截切区域 lz0]p  
-^ ayJ73  
规格：参数概述（12° x 46°光束） 1'pQ,  
^[z\KmUqt  
   %7wzGtM]ps  
XUNgt(OGR'  
光束整形装置的光路图 (9_e>2_  
>Ez}r(QQ^  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 A"ph!* i{  
 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。 J;Xz'0
 
H
.~+{jTr  
反射光束整形系统的3D视图 kV%y%l(6  
a#GqJ?nY  
s"F,=]HQ!G  
&|FG#.2yw  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 `CouP-g.  
 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）。 Y k6WSurw  
h4xdE0  
详述案例 sh3}0u+  
u}0t`w:  
模拟和结果 a#**96Av  
-;.fU44O[#  
结果：3D系统光线扫描分析 BeCr){,3  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 >'g60R[  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 iv`-)UsE  
sJYX[  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd 4[j) $!l`  
gz:c_HJ  
使用参数耦合来设置系统 )p](*Z^  
 0d)n}fm  
Y mSaIf  
自由参数： Du4?n8 o  
 反射镜1后y方向的光束半径 ~%q e,  
 反射镜2后的光束半径 *g.,[a0  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） r2`?Ta  
 由于功能原理，所有系统参数（距离，焦距，直径）可以由光束参数分析计算。 RS=7W._W  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 KA[Su0  
F&Z>B};  
lsxii-#O  
IiU|@f~k  
z$,hdZ]  
SK2pOZN  
p{u}t!`!d  
自由参数： 7P(:!ce4-  
 反射镜1后y方向的光束半径 #jR?C9&!(  
 反射镜2后的光束半径 ld0WZj  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） /;[')RO`  
 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。 0(.C f.B~  
I!%@|[ Ow  
8;bOw  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 hD=D5LYAZ  
ON^u|*kO  
g-`NsqzD  
结果：使用GFT+进行光束整形 !b Km}1T  
z}|'&O*.F  
o{eG6  
TR;-xst@  
3?<vnpN=5d  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 z(` kWF1<  
?/g(Y  
B!lw>rUMQ  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 6Vo}Uaq4  
zj}efv<e  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 S|i //I%_  
!o7.L%S  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： ^^mi@&ApLD  
(yVI<Os{a  
xr-scdh2  
P#]jPW  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd Ro69woU  
PI?[  
结果：评估光束参数 dzap
]RpB  
9)`wd&!  
epePx0N%x$  
 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。 Sx7xb]3XI"  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。 _7VU ,  
23m+"4t  
C.Yz<?;S  
 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。 k3w#^ "i  
 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） 0Oq1ay^
  
xC]/i(+bA  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd auU{Iy   
nfEk,(:  
光束质量优化 ME"/%59r  
GWsFW[T?~  
9lwg`UWl,  
 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。 :nn'>  
 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）。 U/;Vge8{  
mv_-|N~  
结果：光束质量优化 7(-<x@e  
"@_f>3z  
]](hwj  
 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。 %1<|.Dmd  
hi%>&i*  
p;HZA}p \  
K} @q+  
 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。） s5 BV8 M  
CEiG
jo^  
NUseYU``  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd lH8?IkK,g  
qp8;=Nfa  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 GbhaibkO  
5;+Bl@zGu  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 -#@;-2w  
f sMF46  
`O F\f  
 这意味着参数变化是的正态 uu:BN0  
Y\\&~g42R2  
xo}hu%XL  
& |r)pl0$  
Mh\c+1MFs  
 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。 G9]GK+@&F  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 E;SFf  
eL*Edl|#  
V_:/#G]jeG  
b@k3y9&  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run ]#;JPO#*  

-c. a7  
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） z]pH'c39
 
_F$?Z  
_nF_RpS  
tO#y4<  
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。 MZ.Jk
f(  
N6eY-`4y  
总结 Ngr7E  
S&yCclM  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 5,A/6b  
1.模拟 :?zOLw?(  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 nX~sVG{Q  
2.研究 sBh|y F,  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 aV1(DZ83  
3.优化 P+
JYs
 
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。 9 HuE'(wQ  
4.分析 K.k=\N  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 )7f:hg  
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。 8"? t6Z;5  
VHy$\5oYg  
参考文献 qzXch["So  
[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). d)LifsD)  
F2#^5s(  
进一步阅读 U_+>4zdm  
[b`k\~N4r  
进一步阅读 nI-\HAX  
 获得入门视频 \JX8`]|&  
- 介绍光路图 ?>e-6*.  
- 介绍参数运行 %@LVoP!@!  
 关于案例的文档 4:7z9h]
 
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens 3]T2Zp&;  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens 3AWg43L7  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing S%'t )tt,  
- BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair /.vB /{2  
V7.EDE2A3  
Pr" 2d\  
QQ：2987619807