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光束传输系统（BDS.0005 v1.0） (d2|r)O  
mgxoM|n6  
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 Rg!Fu  
O8drR4Pt  
xF4>G0  
H=j&uv8  
简述案例 <cn{S`  
5 UQbd8  
系统详情 Gcseq  
 光源 |/R)FT#i  
- 强象散VIS激光二极管 <s7OY`(8   
 元件 6.!Cm$l  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） ,#FK3;U  
- 具有高斯振幅调制的光阑 (ugB3o  
 探测器 hS}d vZa  
- 光线可视化（3D显示） mu?6Phj  
- 波前差探测 N=QeeAI}}m  
- 场分布和相位计算 dMnJ)R  
- 光束参数（M2值，发散角） CAhkv0?8  
 模拟/设计 )Uv lEG']  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 lj4D:>Ov  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： >K2Md*[P3q  
 分析和优化整形光束质量 ^}gQh#  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 ?{OB+f}Mo  
&Q85Bq  
系统说明 B4 cm_YGE  
'F- wC!  
K38A;=t9
  
模拟和设计结果 2$MIA?
A"Y  
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J]^Rgn>  
数值探测器结果 l#W
9J.q(  
2$g3ABfV  
JIl<4 %A  
_djr>C=H"  
?5A!/`E&%  
总结 -Tw96 dv  
s:6pPJL  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 Nl3@i`;  
1.模拟 ;!JI$_-\  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 /=5YHq>  
2.评估 q^e
4  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 &3SQVOW ~T  
3.优化 u7oHqo`  
利用一个具有高斯形状孔径函数的光阑和经典场追迹引擎来优化M2参数。 gRk%ObJGqm  
4.分析 l 4zl|6%  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 1q])"l"<  
=lzRx%tm  
对于复杂的光束整形装置，特别是离轴系统，可以使用VirtualLab来进行高效的模拟和分析。模拟过程中，根据情况应用不同的模拟引擎。 +$hqwNh@Z@  
:jol Nl|a  
详述案例 | Vtd!9  
|]dA`e&y  
系统参数 dc.oK4G}  
RGw=!0V  
案例的内容和目标 ~i4h
.ZLj  
6[dLj9
G%  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 FJ|6R(T_  
z"b}V01F#  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 Ye'=F  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 oJcDs-!  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 L8&$o2+07r  
l Ikh4T6i  
模拟任务：反射光束整形设置 Hl,.6>F?  
引入的反射光束整形装置是基于一个反射镜系统，此系统由两个抛物面圆柱反射镜镜与抛物面截面反射镜组成。焦点距离和镜子的位置取决于输入光束的发散角。 z$VA]tI(  
VOkEDH  
jm_b3!J  
TTS.wBpR,  
Oie0cz:>:  
,X[lC\1a  
规格：像散激光光束 QJL%J  
pZS0;T]W,  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 q K sI}X~  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 U#I8Rd I,  
nN=o/zd  
vo9DmW  
Op&i6V}<s  
t:DZow  
b h%@Lo  
规格：柱形抛物面反射镜 l\PDou@5  
                         J YA  
 有抛物面曲率的圆柱镜 i`]-rM%J#  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 8i H'cX  
 曲率半径等于焦距的两倍 [jPUAr}  
0Q81$% @<  
dM%#DN8l  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） -6URM`y'j  
or?@Ti;  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 )20jZm*  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） 3ErW3Ac Ou  
 离轴角决定了截切区域 h]wahExYP  
8JO
fx  
规格：参数概述（12° x 46°光束） pvCf4pf~  
Md~% e'  
   njbEw4nX  
:[;]6;
 
光束整形装置的光路图 cQ= "3M)~r  
g"Eg=CU  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 k<1BE^[V  
 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。 -8j<`(M'5  
huMNt6P[  
反射光束整形系统的3D视图 BoJYP  
vdwh59W  
qb^jcy  
|T!^&t  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 S,9}p1  
 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）。 ikr|P&e#u  
dQ&S&SW  
详述案例 c4]/{!4 Q  
O}4(v#  
模拟和结果 <78]OZ] Z  
+Dg%ec  
结果：3D系统光线扫描分析 3~zK :(  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 !ke_?+8sY  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 tVSURYA8  
c,ccavv{I  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd I)wjTTM5  
Kd2?9gaw  
使用参数耦合来设置系统 oV4+w_rrLc  
4WK@ap-~  
tc go 'V  
自由参数： I6bekOvP  
 反射镜1后y方向的光束半径 %Pr PCT  
 反射镜2后的光束半径 "qL4D4  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） %9|}H [x  
 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。 TTg>g~t`  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 )_*<uSl  
Vb${Oy+  
68m
(%%E@  
tBDaFB  
\(y6o}aW  
)Fc`rY  
h@
{U>U7  
自由参数： 4@,d{qp~  
 反射镜1后y方向的光束半径 )` nX~_'p  
 反射镜2后的光束半径 yN*HIN  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） j@4 yRl ^  
 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。 UQGOCP_  
LnQm2uF  
@agW{%R:.  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 //c<p  
!PN;XZ~{  
. &dh7`l  
结果：使用GFT+进行光束整形 "NUl7ce.R  
j, SOL9yg  
_xgF?#  
X[L6Av  
u{0'"jVJ  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 [ vU$zZ<  
 &Gp~)%  
~#X,)L{y7v  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 |_&Tu#er3  
IUX~dO  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 mZ;W$y SO  
"=l<%em  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： cswX?MN  
=^.f)  

3kxI'0&T  
:
t &ib}v  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd __U
;fH{c  
x:TBZh?@$  
结果：评估光束参数 F...>%N$  
Dp:u!tdbeg  
9Y:JA]U&8  
 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。 n\v\<mVTb7  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。 >n,RBl  
pWo`iM& F  
!!Tk'=t9"3  
 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。 .r9-^01mG  
 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） )^+v*=Dc-i  
pdnkHR$  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd 9*!C|gC9Ia  
Lp\89tB>  
光束质量优化 xyO]Evg  
x)6yWr[ri%  
g%z?O[CN  
 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。 _vA\j  
 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）。 <y${Pkrj  
RulZh2C  
结果：光束质量优化 5.J$0wK'6  
6l|pTyb1  
:[gM 5G  
 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。 Q1qf'u
 
\A`pF'50  
sa\v9  

g`KVF"8  
 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。） 8" Z!: =A  
}Sa2s&[<  
lhm=(7Y  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd {Y{*(5YV  
HjTK/x'_'L  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 Y$3H$F.+  
<wwcPe}  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 Q2;zve&Dl  
^6v ob  
5q[0;`J  
 这意味着参数变化是的正态 zR)|%[sWwQ  
9WQC\/w  
*JXiOs  
DKL< "#.7  
;u LD_1%  
 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。 i70TJk$fs  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 X<s']C9c  
pfW0)V1t  
_5Q?]-M  
@YyTXg{ZK  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run bu"R2~sb  
;i`X&[y;  
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） S5ka;g  
.fxI)  
<:yB4t3H+q  
2U,O e9  
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。 \RZFq<6>  
WSfla~-'F  
总结 uAT01ZEm  
'UO,DFq[Fl  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 TDg#O!DUF  
1.模拟 GDC`\
cy  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 Uh}n'Xd#{}  
2.研究 UD[S>{  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 '01H8er  
3.优化 yEt:g0Z\  
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。 lpkg(J#&  
4.分析 {O*<1v9<  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 <Ft6d
  
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。 e47JLW&b  
MP,l*wVd  
参考文献 Iw~3y{\  
[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). VY8p[`  
Ky`rf}cI>  
进一步阅读 zcItZP  
b3e:F{n ^  
进一步阅读 Ltpd:c  
 获得入门视频 ~,yHE3B\G  
- 介绍光路图 UwY<3ul  
- 介绍参数运行 &9\z!r6mc  
 关于案例的文档 J=>?D@K  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens QOIi/flK  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens Okca6=2"  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing aR.1&3fE  
- BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair *!UY;InanX  
w3:WvA5jt  
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QQ：2987619807