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光束传输系统（BDS.0005 v1.0） Za5*HCo  
[ q22?kT  
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 
~#N^@a  
*o`bBdZ  
c[f  
\f05(ld  
简述案例 UJ2Tj
+  
gCW.;|2  
系统详情 ohOze\T)=  
 光源 Jr|"`f%V  
- 强象散VIS激光二极管 Bzw~OB{!=J  
 元件 C&D!TR!K  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） vaW,O/F  
- 具有高斯振幅调制的光阑 gM '_1zs U  
 探测器 >XM-xK-=  
- 光线可视化（3D显示） PH^AT<
U:T  
- 波前差探测 9Y3_.qa(.  
- 场分布和相位计算 MZv In ZS  
- 光束参数（M2值，发散角） UzWf_
r  
 模拟/设计 k7'_  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 amK"Z<V F  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： $~75/  
 分析和优化整形光束质量 TW" TgOfd  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 !X*+Ct^  
(3C::B=  
系统说明 RQ;pAO  
(Z fY/  
<j+DY@*  
模拟和设计结果 g ]e^;  
IVjH.BzH9  
数值探测器结果 |#^wYZO1U  
bH%k)  
Z%E;*R2+:>  
qcSlqWDk  
E_[|ZrIO&*  
总结 <lopk('7  
.B_LQ;0:   
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 ]%>7OH'  
1.模拟 O~?H\2S  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 >4 4A  
2.评估 !<BJg3  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 ^K. d|z  
3.优化 c>!zJAB  
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。 [#hpWNez(>  
4.分析 V3r1|{Z(  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 gG*]|>M JI  
n;+CV~  
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。 TwJiYXHw?  
W5z<+8R  
详述案例 Jh`Pq,B:  
wFI2(cQ  
系统参数 ?-C=_eZJ  
s\O4D
*8  
案例的内容和目标 tUU`R{=(  
ldk (zAB.  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 cetHpU,  
w*#B_6bG  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 Ck.LsL-  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 `s1>7XWf  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 Bu
_/yKW  
5^lFksZ  
模拟任务：反射光束整形设置 &BTgISYi  
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。 ~C M%WvS  
}9=X*'BO  
X?'ShXI  
@ByD=  
jR1t&UD3Y  
.Z?@;2<l  
规格：像散激光光束 8.JFQ/)i  
8[v9|r  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 +\Uq=@  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 w8veh[%3n  
|z.x M>  
Yx#?lA2gx  
&k53*Wo  
X;:qnnO  
O2;iY_P7lV  
规格：柱形抛物面反射镜 ]cQYSN7!SY  
                         s|HpN  
 有抛物面曲率的圆柱镜 ;[nomxu|?  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 z3Id8G&>  
 曲率半径等于焦距的两倍  _"0,  
S2+X/YeB  
iEx sGn]2  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） 4C:-1gu7  
fl@=h[g#t  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直
,i]X^z5!  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） h95a61a,Vy  
 离轴角决定了截切区域 LOO<)XFJ  
vD-m FC)  
规格：参数概述（12° x 46°光束） bv:M zYS  
QH>e_  
   +4 W6
{`  
mv,p*0  
光束整形装置的光路图 6Dl]d%
.  
WMi
$ATq  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 VZz>)Kz:  
 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。
y,/Arl}yc  
tRZA`&  
反射光束整形系统的3D视图 pLdZB9oD]C  
<Jc :a?ICe  
aw\0\'}  
0 k(su  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 !+EE*-c1c  
 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）。 l/i7<q  
5mqwNAv  
详述案例 H@uDP  
"L9yG:  
模拟和结果 [`n)2} k  
XM#xxf* Y  
结果：3D系统光线扫描分析 a
lp}p  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 H13kNhV9  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 $n#NUPzG+  
QK
HAN{hJ  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd -\|S=< g  
Gnthz0\]{  
使用参数耦合来设置系统 7Zw.mM!i  
|& Pa`=sp  
3:g~@PB  
自由参数： ~PZIYG"D  
 反射镜1后y方向的光束半径 V44M=c7E  
 反射镜2后的光束半径 S x0QPX  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） dd-`/A@  
 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。 Ri<'apl  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 NsN =0ff  
TgjM@ir  
Q!ReA{  
dWi:V7t+  
b haYbiX?  
1yd}F`{8UF  
/H'F4->  
自由参数： cii
! WCu  
 反射镜1后y方向的光束半径 Qq{>]5<  
 反射镜2后的光束半径 [XbNZ6  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） ;r3Xh)k;  
 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。 a,ZmDkzuv  
jU2vnGw_  
mx=2lL`  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 9g~"Y[ ]  
x='T`*HD  
.P#+V$qhv  
结果：使用GFT+进行光束整形 ;_6CV  
a+=.
(g  
x_oiPu.V  
i$gH{wn\`  
AI,Jy%62/  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 oD.[T)G?  
[4 y7tjar^  
.H#<yPty  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 kNk$[Yfs  
Ka/*Z4"  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 :lE_hY  
.8dlf7* ,  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： ',bSJ4)Y  
k0@*Up3{7  
[I6&|Lz>  
^-2|T__  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd w#^z:7fI  
_%]x-yH!@  
结果：评估光束参数 C8W4~~1S  
jxqKPMf>@%  
HY2*5#T  
 从生成的整形光束场分布，可以评估光束参数。 可以直接通过使用探测器界面实现。 d}^G790  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。 @/W~lJ!e  
6%a:^
f]  
Wy.^1M/n>~  
 整形光束在x和y方向上显示了一个几乎相同的半径。 发散角大约是4urad。 yvIzgwN%s!  
 M2值明显高于1。（与理想高斯光束相比，高M2值是由光束偏离引起的） n^iq?u  
~A@HW!*
Z@  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd {'a
|$u+  
%$[#/H7=W  
光束质量优化 s"JD,gm$  
hl$X.O  
svvl`|n%  
 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。 Ox%p"xuP,  
 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）。 $5\+QW  
/i)>
|U 4  
结果：光束质量优化 vH
XCT?FuG  
mX5%6{],  
y$y!{R@   
 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。 "[dfb#0z`  
Xv<K>i>k  
ib-H jJ8  
?egZkg=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。） e!=~f%c<N  
4o|<zn  
]Ns)fr6  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd d1';d6.u\  
P09f  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 _=_<cgy1u  
u*$]Bx  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 ipC <p?PpR  
Qs,4PPEg  
|8?DQhd}  
 这意味着参数变化是的正态 1ne
3
CA=  
8/k"A-m  

M(?0c}z  
 k`w/  
^Lv)){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。 *RM
3_  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 UDW_?SHAx  
N/78Ub  
0.[t
EnLZ  
m "96%sB  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run MdDL?ev  
$`[TIyA9!  
第一个随机公差的典型强度分布：（相应的均方根波前差：1.08λ，40.4λ，140λ） 8j)*T9  
yA#nnu1  
GfV#^qi  
+c$:#9$ |  
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。 /2'l=R5#  
u|cP&^S  
总结 #$ 4g&8  
tb4^+&.GS  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 8Si3 aq3  
1.模拟 t:"3MiM=c  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 =~>g--^U  
2.研究 _#
qfe  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 p\R&vof*  
3.优化 J7Mbv2
D  
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。 waU2C2!w
 
4.分析 ~jzjJ&O&  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 03c8VKp'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。 Lg~ll$ U  
U C_$5~8p  
参考文献 A*g-pJh  
[1]M. Serkan, H. Kirkici, and H. Cetinkaya, “Off-axis mirror based optical system design for circularization, collimation, and expansion of elliptical laser beams”, Appl. Optics 46, No. 22, 5489-5499 (2007). 2u$r
loc$b  
*M/:W =,t  
进一步阅读 #{?~XS  
z'7XGO'Lo  
进一步阅读 JvK]EwR ;  
 获得入门视频 L5'?.9]  
- 介绍光路图 Y?3f Fg  
- 介绍参数运行 \ef:H&r  
 关于案例的文档 d<6m_!L  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens %>$Puy\U  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens Nz}PcWF/  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing jweX"G54R  
- BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair TbaZFLr  
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QQ：2987619807