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光束传输系统（BDS.0005 v1.0） L*VGdZ
 
TM':G9
n  
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 SR S~s  
Z;i^h,j?$1  
G";yqG  
EY!aiH6P  
简述案例 R16"lG  
?z60b=f8  
系统详情 p<6pmW3  
 光源 }qXi;u))  
- 强象散VIS激光二极管 4//Ww6W:  
 元件 0:n
QGX!N  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） v1zJr6ra9  
- 具有高斯振幅调制的光阑 {N;XjV1x  
 探测器 ?P`]^#  
- 光线可视化（3D显示） 7z6yn=B  
- 波前差探测 U1rh[A>  
- 场分布和相位计算 YrgwR  
- 光束参数（M2值，发散角） 8c3X9;a  
 模拟/设计 zYj8\iER  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 Qo{^jDe,c*  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： B69NL  
 分析和优化整形光束质量 Z!|nc.
  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 12E@9s$Z
 
^ tm,gh  
系统说明 88)0Xi|]KP  
T cSj`-  
:ZU  
模拟和设计结果 <v[,A8Q  
;Fuxj
!gF  
数值探测器结果 k2*^W&Z  
?^IM2}(p  
~&4,w9b)j  
mKnkHGM  
X'[SCs  
总结 Yq) wE|k/  
94|BSxc  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 tp*AA@~  
1.模拟 h+ELtf  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 0
R*  
2.评估 ~"}-cl,  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 `t ZvIy*  
3.优化
|n67!1  
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。 >48zRi\N  
4.分析 b9w9M&?fT  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 XF{}St~(  
|'=R`@w~0  
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。 -@L*i|A  
U4zyhj  
详述案例 R[Kyq|UyVr  
UTmX"Li  
系统参数 uj;-HN)6  
o $p*C  
案例的内容和目标 "o}3
i!2Qr  
,n~H]66n  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 7ktf =Y  
Alp9] 0(  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 @;d(>_n  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 t~ Q{\!  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 A'6>"=ziP  
^^)D!I"cA,  
模拟任务：反射光束整形设置 S1;#58  
引入的反射光束整形装置是基于一个反射镜系统，此系统由两个抛物面圆柱反射镜镜与抛物面截面反射镜组成。焦点距离和镜子的位置取决于输入光束的发散角。 {o5E#<)  
i v&:X3iB  
n>Q/XQXB  
"i4@'`r  
f#/v^Ql*  
&kRkOjuk  
规格：像散激光光束 +:wOzTUN  
!1)lGjMW  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 y$#mk3(e~t  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 XrtB&h|C  
N~g'Z `  
;&^S-+  
+'hcFZn(T  
!2tZ@ p|  
&D>e>]E|P  
规格：柱形抛物面反射镜 L&Bc-kMH  
                         &T}~h^/t  
 有抛物面曲率的圆柱镜 .0cm mpUNq  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 "f(iQI  
 曲率半径等于焦距的两倍 l)HF4#Bs  
_)zSjFX9  
ZVVK:dDgt  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） GmPNzHDb  
oAA%pZ@  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 92bvmP*o4  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） S;MS,R  
 离轴角决定了截切区域 u==bLl=$  
\zR{D}aS  
规格：参数概述（12° x 46°光束） W$v5o9\Px  
<<@$0R
W  
   {Z3B#,V(g  
2Do^N5y  
光束整形装置的光路图 2W~,,$ G  
x'+lNlv  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 aRC>pK.  
 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。 q4|TwRx
~  

>mgbs>  
反射光束整形系统的3D视图 1K"``EvNB  
~ 61O  
6K5KZZG  
iL)q':xz  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 s{2BG9s
 
 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）。 &-470Z%/  
'{@hBB+ D  
详述案例 8G?'F${`  
XD<7d")I  
模拟和结果 sT?Qlj'Zd  
]m{;yOQdsC  
结果：3D系统光线扫描分析 Y [0S  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 #)AcK|*y  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 B)Hs>Mh|W  
cm
mH)6c>  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd @`t)ly#N  
\( LKLlam  
使用参数耦合来设置系统 [#fXmW>N/  
vtc}
)s\  
!Ui3}  
自由参数： :=+s^K  
 反射镜1后y方向的光束半径 gEcVQPD@  
 反射镜2后的光束半径 E<1^i;F  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） 2fT't"gw  
 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。 43W>4fsc  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 ?"$W=*P\o  
WIb\+!  
{6!Mf+Xq  
@]1E~  
Is` S  
|{k;pfPV  
l!ltg
j  
自由参数： ,--/oP  
 反射镜1后y方向的光束半径 URck#5  
 反射镜2后的光束半径 r*C:)z.}  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） 8)&H=#E  
 基于光束发散角和直径（x和y方向）焦点，可以计算并设置反射镜的直径和距离z。 8c\mm 0n  
R|% 3JE0  
NIrK+uC.d  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 @I2m4Q{O  
s[)2z3  
?d-(M' v.  
结果：使用GFT+进行光束整形 W@GcE;#-  
v)N8vFdd  
v_J\yW'K  
6*Qn9
Q%p-  
X&0m$x  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 BP6;dF5E  
EB)j&y_  
])!|b2:s3  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 6Ii2rEzD  
-iGt]mbJkP  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 Z%\9y]zs  
-wtavv,J  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： KYD,eVQ  
J)Dw`=O0n  
4NUCLr7Y  
TKvUBy  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd |jJC~/WR  
r.** z j  
结果：评估光束参数 }P#%aE&-  
VG*BAFs  
/xJ,nwp7  
 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。 :T"!6;  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。 S;M'qw
N  
fu}NH\{  
a8rsF  
 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。 Bs =V-0  
 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） s@OCj0'l  
qEX2K^y'4"  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd 7
3
P=<3  
-`n>q^A7e  
光束质量优化 CTp~bGIv!=  
N5#qox$D  
4,tMaQ  
 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。 %h=)>5-T  
 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）。 o<1
e-  
7)O?jc  
结果：光束质量优化 5Qd |R  
BWFl8 !_X  
>};,Byv!%  
 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。 ~mOGNf?f  
6%H8Qv  
)|@b GEk  
%/>\`d?  
 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。） LO[1xE9  
Qh%/{6(u  
7Gnslp?[U  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd ~:b bV6YO  
sqi~j(&\1  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 O*d&H;;  
g_G?gO  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 #QXv[%k  
bYQ h{q  
Bwjd/id q  
 这意味着参数变化是的正态 au9r)]p-  
yT`[9u,  
nQdNXv<(  
nL5Gr:SLo  
wY
SvI  
 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。 MVg`6&oH  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 #bUWF|zfT  
hE\,4c1  
TP{lt6wws(  
MG>g?s
'!  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run leiED'  
</t_<I0{  
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） OHssUt  
Xx[ LK  
x5v^@_: jr  
yiQke   
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。 K~<pD:s  
%5
6pP"w  
总结 %\_I% yF  
0t}=F4@&a  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 t!c8c^HR  
1.模拟 l~Kn-S{  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 B3O^(M5W
 
2.研究 l<PGUm:_  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 [POcO  
3.优化 6T< ~mn  
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。 |.=Ee+HZ  
4.分析 EhEn|%S
 
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 tirw{[X0n  
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。 2]eh[fRQ  
#I%< 1c%XA  
参考文献 l"}W $3]u$  
[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). |o~FKy1'z\  
[4 g5{eX  
进一步阅读 aBr%"&Z.MG  
fbB(WE+  
进一步阅读 *u>2"!+Ob  
 获得入门视频 t"2WJ-1k}  
- 介绍光路图 @_Aqk{3  
- 介绍参数运行 \9Itu(<f  
 关于案例的文档 I m_y
Y  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens ijr*_=  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens 4@5rR~DQq  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing 9XT6Gf56  
- BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair *{Wh-bc  
hOfd<k\A  
KK(x)(  
QQ：2987619807