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光束传输系统（BDS.0005 v1.0） Yf!*OGF  
|:(23O  
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 ~[uV  
4g6ksdFQ  
,na=~.0R:  
x'M^4{4[  
简述案例 N7~)qqb  
2i7i\?<.  
系统详情 i (%tHa37  
 光源 &weY8\HD  
- 强象散VIS激光二极管 vlPl(F1  
 元件 Q9yGQu  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） W) 33;E/}  
- 具有高斯振幅调制的光阑 sMz^!RX@  
 探测器 }#ep}h  
- 光线可视化（3D显示） :PFx&  
- 波前差探测 W8G9rB
|T  
- 场分布和相位计算 4{*tn"y  
- 光束参数（M2值，发散角） SvX=isu!.  
 模拟/设计 oTF^<
I-C  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 0~Iu7mPY  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： ]<8B-D?Z  
 分析和优化整形光束质量 uEScAeQXsI  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 jNe(w<',P  
[:nx);\  
系统说明 %Le:wC  
8:P*z  
jJ*@5?A  
模拟和设计结果 G%7 4v|cd  
n%0]V Xx#  
数值探测器结果 S]e j=6SP  
+9CEC1-l  
B]^>GH  
]DC;+;8Jc  
2gd<8a''  
总结 Ka]J^w;a  
pKt-R07*  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 AezvBY0'`z  
1.模拟 Sc1+(z  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。  JJ/1daj  
2.评估 &jV9*  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 <#+oQ>5s  
3.优化 *'9)H0  
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。 2E`~
qn  
4.分析 2PVx++*]C  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 |'V DI]p&  
 SwdC,  
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。 3[0w+{(Q  
_ yfdj[Ot`  
详述案例 Aautih@LX  
zVM4BT(  
系统参数 "wA0 LH_  
{8^Gs^c c  
案例的内容和目标 V19e>  
EKZ$Q4YE  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 xT9Yes&  
cI*KRC
U  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 hc-lzYS  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 #*!
+b  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 &EAk z  
v"z(JF  
模拟任务：反射光束整形设置 %mY|  
引入的反射光束整形装置是基于一个反射镜系统，此系统由两个抛物面圆柱反射镜镜与抛物面截面反射镜组成。焦点距离和镜子的位置取决于输入光束的发散角。 u5Qp/ag?N  
 f>.4-a?  
+"]oc{W!  
 MKU7fFN.  
K!3{M!B  
m)s xotgXf  
规格：像散激光光束 \Ut6;  
p/r~n'g$  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 -#hK|1]  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 `5~7IPl3  
4\p$4Hs}  
6fh{lx>  
/&CUspb  
p3g4p
 
aK]7vp+  
规格：柱形抛物面反射镜 cp$.,V  
                         \CcmePTN#x  
 有抛物面曲率的圆柱镜 r)VLf#3B  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 H{ZLk,  
 曲率半径等于焦距的两倍 #nKRTb+{  
X]qCS0GD'  
x_yF|]aI
!  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） f2NA=%\  
kEO1TS  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 aSUsy
Oe  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） xJ-*%'(KZ  
 离轴角决定了截切区域 y =R aJm  
:3v9h^|+  
规格：参数概述（12° x 46°光束） S#k{e72 *  
!~WZ_z  
   t
yB)HF  
9qEOgJ  
光束整形装置的光路图 o~= iy  
hGvqT,'  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 D}MoNE[r  
 因为离轴抛物面镜的位置是相对于它的焦点，那么到反射镜2的距离z必须是负的。 Yt{ji  
h6g:(3t6m  
反射光束整形系统的3D视图 6#E7!-u(-  
;d4y{  
d<#p %$A4  
D3y>iQd
  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 TFO74^  
 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）。 3Y`>
6A=  
Q\|18wkW  
详述案例 S
Z/(\kQ6  
mH)OB?+lq  
模拟和结果 [<yz)<<  
mf}\s]_c  
结果：3D系统光线扫描分析 2 l(Dee Y  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 Hq?&
Qo  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 w,Q)@]_  
~ 7}]  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd DcN"=Y  
e8{^f]5  
使用参数耦合来设置系统 uoHqL IpQ  
PK+ x6]x
 
S;8.y
j-  
自由参数： ugI#ZFjJWE  
 反射镜1后y方向的光束半径 KSc~GP_  
 反射镜2后的光束半径 ^sV|ck  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） zks#EzQ  
 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。 eQ<xp
A  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 /ERNS/w  
LJWTSf"f?  
dQ<(lz
S~  
D"cKlp-I6|  
zw]3Vg{T  
Y%g "Y  
cz#_<8'N  
自由参数： +*C^:^jA  
 反射镜1后y方向的光束半径 y@A6$[%(E|  
 反射镜2后的光束半径  %}h`+L  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） K6hfauWd[  
 基于光束发散角和直径（x和y方向）焦点，可以计算并设置反射镜的直径和距离z。 [/OQyb4F<  
p![&8i@ym  
i=L8=8B`  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 3u_
oRs  
=/Wu'gG)  
 P?J kP  
结果：使用GFT+进行光束整形 ,eXFN?CB  
| ]# +v@  
C8.W5P[U  
>rw"Rd'  
sKd)BA0`  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 &Mj1CvCv  
u s`}  
\f"1}f  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 A$@o'Q;he  
iNJAZ6@+  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 <tuS,.  
u!Bk,}CE`  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： qlUzr.^-  
5 `=KyHi:b  
2.f|2:I  
b[srG6{ &  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd ]fE3s{y &-  
X$V|+lTk  
结果：评估光束参数 7`fY*O6  
q- :4=vkn  
+"uwV1)b"  
 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。 tS<h8g_  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。 %S`ik!K"I  
jDTUXwx7V  
WNF9#oN|oT  
 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。 b_vTGl1_6  
 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） B< hEx@  
lFfXWNb  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd ]"sRS`0+  
m}5q]N";x  
光束质量优化 c'05{C  
m*oc)x7'  
Uh}X<d/V  
 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。 4AHL3@x  
 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）。 Hku=pr3Gn  
fxtxu?A>  
结果：光束质量优化 K-(;D4/sQE  
cZi[(
K  
}
OrYpZob  
 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。 N9]xJgT
ze  
A[H;WKn0  
3LW[H+k  
2B` 8
eb  
 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。） *Jt8
  
<HQ&-jx  
xl2g0?  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd t5)J;0/  
yvxl_*Ds8  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 _tj&Psp  
;|TT(P:d  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。
YqU/\f+  
D9-Lg%  
Km*<Kfcz  
 这意味着参数变化是的正态 ?/d!R]3  
&N\[V-GP2G  
W-D[z#)/Y  
^,V[nfQR  
 I=[cZ;t  
 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。 oT3Y!Y3=<  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 w^o}E)O  
&+r4  
p
5<2N  
]0/p 7N14  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run |4Ha?W  
M<[?g5=#  
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）  (M`|'o!  
(p |DcA]BX  
yVS\Q,:J9  
de YyaV  
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。 s;{K!L@  
70Ka!  
总结 =nVmthGw  
(~()RkT  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 l2&hBacT  
1.模拟 \FifzKA  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 Jps .;yjk  
2.研究 }.{}A(^YR  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 :'*DMW~  
3.优化 ?63&g{vA  
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。 Coa-8j*R7  
4.分析 @GGccF  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 l`gTU?<xd  
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。 _N'75  
~FUa:KYD  
参考文献 Kt `  
[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). CV^c",b_  
-x'e+zT  
进一步阅读 2p:r`THvS5  
z{?
4*Bq  
进一步阅读 W9R`A  
 获得入门视频 0"4@;e_)>  
- 介绍光路图 QnK
C#   
- 介绍参数运行 EOVZGZF  
 关于案例的文档 T[.[ g/`  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens `6Hf&u<  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens o&
-L0]i|  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing dZ2`{@AYY  
- BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair G6O/(8  
#":a6%0Q  
[Ox(.  
QQ：2987619807