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光束传输系统（BDS.0005 v1.0）
uui3jZ:  
8 J;\Z  
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 m-XS_5x\  
;@V1*7y  
`E-cf7%  
X"O^4MnvI  
简述案例 ]TIBy "3  
n_
@cjO  
系统详情 s:Io5C(  
 光源 yf2$HF  
- 强象散VIS激光二极管 Gc{s?rB_  
 元件 +l(lpp>,  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） {=<m^ 5b9  
- 具有高斯振幅调制的光阑 y rmi:=N(  
 探测器 P%Tffsl  
- 光线可视化（3D显示） (5Sv$Xt  
- 波前差探测 q,*([yX  
- 场分布和相位计算 U$^$7g 3  
- 光束参数（M2值，发散角） AIw<5lW  
 模拟/设计 fQ_(2+FM  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 X!!3>`|  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： IhPX/P  
 分析和优化整形光束质量 L5A?9zum/!  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 N_| '`]D  
zE1=*zO`  
系统说明
?`U=Ps  
W^N|+$g>H  
^=7XA894  
模拟和设计结果 c`xgz#]v  
a474[?  
数值探测器结果 \2VYDBi?|  
Bd>a"3fA  
z 3N'Xk  
L}\~)  
8N9X1Mb|  
总结 ^{l$>e]  
t$-!1jq  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 ~(K{D D7[N  
1.模拟 40Hm+Ge  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 98LyzF9  
2.评估 k07pI<a?  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 C] >?YR4  
3.优化 'O[0oi&  
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。 [ %6(1$Ih  
4.分析 )Rr0f 8  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 tl+ 9SBl  
K| '`w.  
对于复杂的光束整形装置，特别是离轴系统，可以使用VirtualLab来进行高效的模拟和分析。模拟过程中，根据情况应用不同的模拟引擎。 T1WH  
D'<'"kUd  
详述案例 Ucd~-D  
`e^sQ>rDI  
系统参数 DZqY=Sze  
eH^~r{{R  
案例的内容和目标 M}x]\#MMY  
VQ
l(5\6O  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 olca Z  
rWNywxnT  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 XN}^:j_2  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 lL"ANlX-P  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 oUx%ra{  
xASH-9  
模拟任务：反射光束整形设置 &AP`k  
引入的反射光束整形装置是基于一个反射镜系统，此系统由两个抛物面圆柱反射镜镜与抛物面截面反射镜组成。焦点距离和镜子的位置取决于输入光束的发散角。 J+r:7NvZ  
(0u(<q
A\  
*=zv:!  
lGpci  
O#?@'1  
!Z<=PdI1Ys  
规格：像散激光光束 \@m^w"Ij  
5]~451  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 ]_43U` [#  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 qrufnu5cC  
y85R"d  
($'5xPb  
4Be\5Byr  
FA!!S`{\  
DTvCx6:!  
规格：柱形抛物面反射镜 Fx )BMP  
                          {[dY$  
 有抛物面曲率的圆柱镜 KvXFzx|A  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 3@\J#mR  
 曲率半径等于焦距的两倍 }56WAP}Z 4  
D|$Fw5!^k6  
wEC,Mbn  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） a!B"WNb+
 
' r/xBj[Z  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 ;b!qt-;.<  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） + f,Kt9Cy  
 离轴角决定了截切区域 ]i\;#pj}
 
ZQ{-6VCjl  
规格：参数概述（12° x 46°光束） gUY~ l= c  
tmi)LRF H  
   v?_L_{x;W  
fwNj@fl_,e  
光束整形装置的光路图 X}H?*'-  
'}$$0S.DC  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 hlmeT9v{  
 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。 ($-m}UF\/  
Raf(m,o(  
反射光束整形系统的3D视图 hkMVA  
<QD[hO^/  
:l&Yq!5  
qP]1}-  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 ty'/i!/\  
 绿线表示生成的光轴，由VirtualLab的基础定位方法生成（仅仅设置了距离z和倾角）。 Kr;;aT0P  
-5JN`  
详述案例 Kc,i$FH  

*/2nh%>$  
模拟和结果 p>B-Ubu  

HoK+g_9~  
结果：3D系统光线扫描分析 KwU;+=_.  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。  { &Vt]9  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 GSW%~9WBa  
>wb Uxl%{5  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd 3g3f87[  
2T(7V[C%9  
使用参数耦合来设置系统 f-p$4%(  
z
l(
o/n  
'q?Y5@s  
自由参数： S=\cF,Zs  
 反射镜1后y方向的光束半径 <cU%yA710  
 反射镜2后的光束半径 h'?v(k!  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） i%[+C  
 由于功能原理，所有系统参数（距离，焦距，直径）可以由光束参数分析计算。 FzNj':D  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 X9ZHYlr+Q  
'$),i>6gJ  
7ug"SV6Hb  
|<'6rJ[i>  
] E:NmBN<  
Jy\0
y[f*  
$JUkwsc  
自由参数： #ID fJ2  
 反射镜1后y方向的光束半径 [!4xInS  
 反射镜2后的光束半径 t+_\^Oa)  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） `!$6F:d_l  
 基于光束发散角和直径（x和y方向）焦点，可以计算并设置反射镜的直径和距离z。 ==Xy'n9'  
JOJuGB-d  
3dlY_z=0  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 D<|$ZuB4  
@Pf9;7,TV  
)[oP`Z  
结果：使用GFT+进行光束整形 6~Dyr82"B  
HNCu:$Wr@  
E- [Eg  
yjsj+K pL  
tGU~G&  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 ul#y'iY]  
ptrwZ8'  
a"Xh  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 *5.wwV  
_GFh+eS}
 
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 mt$rjk=  
FzcXSKHV%  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： ;i\N!T{>  
]E$NJq|  
Q4_r) &np  
}79O[&  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd #4./>}G  
$}{[_2  
结果：评估光束参数 9!(%Vf>  
S3l^h4  
}I-nT!D'y  
 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。 &a=78Z  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。 yQMwt|C4  
`g3AM%3  
tcT=a@  
 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。 w;yzgj:n&f  
 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） ?'Hd0)yZ  
5a'`%b{{  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd ]J'TebP=L5  
IdN3Ea]  
光束质量优化 r5N TTc  
?&;_>0P  
W#~7X  
 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。 >mX6;6FF  
 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）。 '?| 1\j  
|=*)a2  
结果：光束质量优化 C1e@{>  

`-.2Z 0  
||>4XDV#  
 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。 | bRU=dg  
cz1+ XpU  
NS2vA>n8R  
,|s*g'u  
 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。） %jy$4qAf%  
@;`'s  
{'tfU  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd [U/h'A.j  
\c4jGJ  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 E`I(x&_  
aqN{@|  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 QMz=e  
l[c '%M|N  
O*GF/ R8B  
 这意味着参数变化是的正态 4r7F8*z  
Jh0Grq  
&TBF
t;  
babL.Ua8o  
j!>P7 8  
 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。 E&zf<Y  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 CTW\Dt5
 
05R"/r*  
yy=hCjQ)  
=~hb&  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run 38p"lT  
HzGwO^tbK  
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） QF/_?Tm4  
G|KA!q
 
k\.9iI'6  
3?a`@C&x  
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。 zplv.cf#q  
FHQ`T\fC$@  
总结 olv?$]  
nK :YbLdK,  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 vvv'!\'#  
1.模拟 u_$4xNmQ  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 1#6emMV.`  
2.研究 m%`YAD@2z  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 ]"Uzn  
3.优化 9=ygkPY  
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。 IU"  
4.分析 {WrEe7dLy  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 [w'Q9\,p
 
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。 iVn4eLK^v  
*
)<+u~  
参考文献 XqmB%g(  
[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). 'JMW.;Lh?X  
{IJ;)<>&VE  
进一步阅读 %US&`BT!  
'c7nh{F  
进一步阅读 aYaEy(m  
 获得入门视频 Pj <U|\-?  
- 介绍光路图 uKP4ur@1  
- 介绍参数运行 uL/wV~g  
 关于案例的文档 H9(?yI@Zr#  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens V'j+)!w5  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens \s&Mz;:  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing t|>zke!'  
- BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair f"FFgQMkv  
/%& d:  
!l0]IX` F  
QQ：2987619807