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光束传输系统（BDS.0005 v1.0） (m:ktd=x  
4}&$s  
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 jxeZ,w o  
3;v%78[&P  

n06T6oc  
tg5G`P5PJ  
简述案例 3Q;XvrGA  
~!//|q^J]  
系统详情 -0P(lkylf  
 光源 {zhajY7  
- 强象散VIS激光二极管 Cg#@JuwHa  
 元件 a]NH >d  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） `!- w^~c  
- 具有高斯振幅调制的光阑 ,
;%
F\<b  
 探测器 J2Y S+%K  
- 光线可视化（3D显示） 0[L)`7  
- 波前差探测 +T!7jC(O Q  
- 场分布和相位计算 0vYHx V  
- 光束参数（M2值，发散角） D^dos`L0b  
 模拟/设计 (?y
(0%q  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 Fx!NRY_  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： 'jnR<>N  
 分析和优化整形光束质量 n.L/Xp@gc  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 ,2>nr goM  
9=o;I;I  
系统说明 Q95`GuI@  
MqKf'6z  
4arqlzlo  
模拟和设计结果 mto=_|gn  
4;;K1< 1  
数值探测器结果 /k_?S?  
^E]Xq]vd"  
_@] uHp|  
,Y+J.8.H  
1^v?Ly8  
总结 SJ0IEPk  
-h%!#g  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 1ZZ}ojq  
1.模拟 P70]
Ju  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 $_5a1Lq1  
2.评估 G?$0OU  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 :*g3PhNE  
3.优化 +-$Hx5  
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。 D}i_#-^MH  
4.分析 (U?*Z/  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 X6Wj,a  
#)BbW40f6  
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。 z Go*N,'  
31*0b|Z  
详述案例 W|,Y*l  
%pd-{KR  
系统参数 Rzj
1D:?X@  
P/?'ea  
案例的内容和目标 5&V
p(A[m[  
}K3!ujvR  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 0x1#^dII  
I&Dp~aEM]  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 *f ;">(`o*  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 F?y4 L9|e  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 i*l-w4D^U  
+=o?&  
模拟任务：反射光束整形设置 @!np 0#  
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。 @b]?Gg  
}<7S%?TY  
.z6"(?~  
+3wVcL  
drkY~!a  
%Bf;F;xuB  
规格：像散激光光束
xsN)a!  
mh7JPbX|  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 Z8xKg  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 :GBM`f@  
8~@?cy1j!  
~u^MRe|`  
j
wQ(E  
:`X!no; {  
]hHL[hoFC  
规格：柱形抛物面反射镜 yd+.hg&J  
                         ")xd 'V  
 有抛物面曲率的圆柱镜 X8uAwHa6F  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 D.;iz>_}Y  
 曲率半径等于焦距的两倍 '2=$pw  
x(r~<a[  
IMT]!j&Y,  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） /$Ca}>  
u301xc,N<z  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 >JUOS2  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） KP*cb6vA  
 离轴角决定了截切区域 zho$g9*  
|9*8u>|RC  
规格：参数概述（12° x 46°光束） P;7 Y9}  
@;1Ym\zc  
   %Ix   
2}<_l 2  
光束整形装置的光路图
H7Y :l0b  
8nKb mjM  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 ^Yg}>?0  
 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。 p?idl`?^3  

CA[3R  
反射光束整形系统的3D视图 q!!gn1PT(T  
2b89th  
%}/|/=  
l1#F1q`^t  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 ziXZJ^(FI  
 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）。 Bh0hUE  
4Uzx2   
详述案例 Nay&cOz  
5!V%0EQqw  
模拟和结果 v
iXt]
0  
vp2s)W8W  
结果：3D系统光线扫描分析 zNRR('B?  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 jn,_Ncd#  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 7%)KB4(\_
 
a]4h5kJ';  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd $z \H*
  
<%ba 3<sg  
使用参数耦合来设置系统 6*r#m%|   
;,7/>Vt  
qS?uMms7w  
自由参数： b-Xc6f  
 反射镜1后y方向的光束半径 x3tos!Y  
 反射镜2后的光束半径 LE]mguvs  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） ~/m=
Q<cV  
 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。 Bp9_\4  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 5e|yW0o  
-.t/c}a#  
hj+iB,8  
efXiZ  
`&w{-om\  
b2Oj 1dP1  
\\9I:-j:p  
自由参数： p{0NKyOvU  
 反射镜1后y方向的光束半径 d]r?mnN W  
 反射镜2后的光束半径 .u3Z*+  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） +rWcfXOHM  
 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。 /{%p%Q[X  
oa<%R8T?@  
@wPyXl  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 F9Co m}  
6R'z3[K9  
*&O4b3R  
结果：使用GFT+进行光束整形 /|LQ?n  
tYUg%2G  
vp&N)t_  
_h^er+d
!_  
a?1lj,"~R  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 Y{7)$'At  
/H~]5JZ3-E  
8z)J rO}  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 T o$D[-  
JsK_q9]$e  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 k, >*.Yoh  
b"pN;v  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： ]47!Zo
,  
oZ\zi> Y,  
mTBSntZx  
2ut)m\)/)  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd vWVQ8S.  
pF<KhE*V  
结果：评估光束参数 [pX cKN  
?%ei+  
F~C7$  
 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。 &6&$vF65c  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。 o-
+H
-  
Ti>2N  
->rudR
Q  
 整形光束在x和y方向上显示了一个几乎相同的半径。 发散角大约是4urad。 avy@)iO7  
 M2值明显高于1。（与理想高斯光束相比，高M2值是由光束偏离引起的） >=K~*$&>  
:V~ AjV  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd hka`STK{  
t*wV<b  
光束质量优化 XM~eocn  
ge|Cvv  
CF]#0*MI  
 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。 vl>_;}W7  
 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）。 %TYe]^/'y  
I/_,24[  
结果：光束质量优化 L*zfZ&  
S.|%dz  
y\XWg`X y  
 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。 2[I[I*"_d  
p+}eP|N  
6yK"g7  
.(Tf$V  
 然而，光束半径是略有减少。（光束半径显示在最后一张幻灯片是由于其偏离了理想高斯。） ^2LqKo\T  
8I<LZ{a10  
R_gON*9  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd [[
uZCKi  
:LLz$[c8  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 xV.UM8  
EfqC_,J*3  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 >K*TgG6!X  
Rf TG 5E)  
;Swj`'7  
 这意味着参数变化是的正态 } QpyU%  
7-MyiCt  
VWW(=j  
]69z-;  
no9=K4h`  
 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。 pykRi#[UrX  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 ALt^@|!d  
XL`i9kV?  
$!K,5^+  
+t}<e(  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run O6]X\Cwj%  
N:U

A+  
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） ~QU\kZ7Z  
Bi|-KS.9  
Q+Ya\1$6A  
oB%j3aAH  
由于波前差和因此校准的偏差更大，M2值明显增加。可以使用高斯孔径来减少。 #Kt5+"+7  
vjd;*ORB  
总结  EHda  
2o1 RJk9  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 )]{&  
1.模拟 %kL]-Z  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 28O3N;a  
2.研究 M4K>/-9X+V  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 *wV`7\@  
3.优化 #.|MV}6rQ  
通过使用显示出高斯整形孔径函数和经典场追迹引擎来优化M2参数。 ]Ab$IKY  
4.分析 X@Yl<9|i  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 +?uZ~VSl  
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。 pF7S("#R
 
.2/W.z2  
参考文献 9On(b|mT  
[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). ^vc#)tm5p  
GL3olKnL  
进一步阅读 l%v2O'h  
J(kC  
进一步阅读 *.zC9Y,  
 获得入门视频 dgW/5g  
- 介绍光路图 kRB2J3Nt.  
- 介绍参数运行 Df0m  
 关于案例的文档 ]t;bCD6*  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens qWw{c&{Q],  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens zwdi$rM5  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing NXdT"O=P  
- BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair UE 
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QQ：2987619807