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光束传输系统（BDS.0005 v1.0） yh E%X  
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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 )
kWxp  
 WwB_L.{  
_Ay^v#a  
Y!L-5|G  
简述案例 osXEzr(  
pT|
s#-}  
系统详情 D|ceZ <9x  
 光源 h[>pC"s?K  
- 强象散VIS激光二极管 Tdcc<T  
 元件 m54>}  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） vxZ'-&;t  
- 具有高斯振幅调制的光阑 E
<jajYj  
 探测器 #NFB=oJI  
- 光线可视化（3D显示） 67(s\  
- 波前差探测 NF
&Sv  
- 场分布和相位计算 hP)Zm%@0f  
- 光束参数（M2值，发散角） _bCAZa&&  
 模拟/设计 v*!N}1+J  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 o-@01_j  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： IB;yL/T  
 分析和优化整形光束质量 46g0 e  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 %C/p+Tg  
.aT@'a{F  
系统说明 _ dAyw  
:6Nb,Hh~  
"%Ok3Rvv  
模拟和设计结果
~3.*b%,  
RvAgv[8  
数值探测器结果 A1prYD  
&\9%;k  
?+Gt?-! 5q  
VNTbjn
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;}SGJ7  
总结 &za }THm  
%4nf(|8n  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 bW=q G  
1.模拟 -W9DH^EL<  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 DU\ytD`u  
2.评估 K[icVT2v~  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 dM;\)jm  
3.优化 J:Fq ip  
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。 |aP`hVm  
4.分析 >8"(go+02  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 C7dq=(p&  
hV(^Y)f  
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。 3JGrJ!x  
{N}az"T4f  
详述案例 C$[iduS  
!+eU  
系统参数 -|FHv+  
08xo_Oysq  
案例的内容和目标 C~T,[U  
)xy>:2!#Y  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 rci,&>L"  
Rj";?.R*e  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 a_c(7bQ  
 之后，研究并优化整形光束的质量。  oYN"L  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 D \i]gfu8W  
b@C
jnAZ  
模拟任务：反射光束整形设置 le 
\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。 Kzn1ct{65!  
"Vq= Ph
 
<OEIG0  
lW?}Ts~'  
')v,<{  
)IcSdS0@M  
规格：像散激光光束 QwX81*nx  
Ypzmc$Xfu  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 oH w!~c7  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 >h8m)Q  
!-`L1D_hy  
&j:e<{@  
MZ}0.KmaZ  
zd5=W"Y;]  
2FuV%\p  
规格：柱形抛物面反射镜 i!2k f  
                         }@HgFM"  
 有抛物面曲率的圆柱镜 :j`f%Vg~x  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 `"65 _?B i  
 曲率半径等于焦距的两倍 ^gcB+  
=J1V?x=l@  
X[$h &]  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） KNmU2-%l  
_6fy'%J=U  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 4tkT\.  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） PR"x&JG@  
 离轴角决定了截切区域 sAc1t`  
RVAku  
规格：参数概述（12° x 46°光束） kS_#8I  
cRs.@U\{R\  
   (qFZF7(Xa  
eHvUgDt  
光束整形装置的光路图 Z$J-4KN  
[KBa=3>{  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 02Vfg42  
 因为离轴抛物面镜的位置是相对于它的焦点，那么到反射镜2的距离z必须是负的。 bJn&Y  
d(|?gN^  
反射光束整形系统的3D视图 G%HG6  
f~W+Rt7o  
SWw!s&lP&  
5 <k)tF%  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 zV}:~;w  
 绿线表示生成的光轴，由VirtualLab的基础定位方法生成（仅仅设置了距离z和倾角）。 HsTY*^V  
rSv,;v  
详述案例 \2;!}  
1Z ~C3)T=  
模拟和结果 ez32k[eV!  
Q>4NUq  
结果：3D系统光线扫描分析 HXT"&c|  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 oF$#7#0`;8  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 p^ (Z  
T(u;<}e@[  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd Rw `ezC#  
Zq
&'a_  
使用参数耦合来设置系统 q`mxN!1[  
i ZPNss  
<5%*
"v  
自由参数： Jvc<j:{^w  
 反射镜1后y方向的光束半径 b4wT3  
 反射镜2后的光束半径 /1Gmga5  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） gpyio1V>  
 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。 3:Nc`tM_  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 e1XKlgl  
W5'6L=WG  
*~GI-h  
MS#"TG/)  
%Qz<Lk">.  
MOh&1]2j5  
rZwSo]gp  
自由参数： <ot`0  
 反射镜1后y方向的光束半径 W*s=No3C  
 反射镜2后的光束半径 
41=H&G&  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） +x

{o
 
 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。 ]v}W9{sY  
r'nPP6`  
R\ 8[6H  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 ?@P
SD\  
cvy 5|;-u  
Y[)mHs2  
结果：使用GFT+进行光束整形 PeIi@0vA  
;bG?R0a  
XK\n
OHLS  
3|w$gG;Y  
wz3X;1l`c  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 Uu8ayN j  
o|d:rp!^  
/-!Fr:Ox>  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 xGr{ad.N  
yw:%)b{  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 u
9Adu`  
VF11eZ"  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： ;]xc}4@=mg  
pHb,*C</  
|LJv*  
m$W2E.-$'#  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd _,0.h*c  
,7cw%mQA  
结果：评估光束参数 Z] r9lC  
$X;O
K  
^!exH(g  
 从生成的整形光束场分布，可以评估光束参数。 可以直接通过使用探测器界面实现。 \nP79F0%2  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。 hd9~Zw]V  
3/usgw1  
6d8)]  
 整形光束在x和y方向上显示了一个几乎相同的半径。 发散角大约是4urad。 y`$qcEw  
 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） KM)MUPr  
j<)$ [v6  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd #tUhul/O  
8IL5:7H8  
光束质量优化 [u*7( 4e  
.<%q9Jy#  
$X:,Q,?  
 通常，使用合适的高斯调制光阑以用于优化M2值。 因此，我们使用测量的半径作为腰束半径（消除发散角）来生成一个高斯光束。 |O)ZjLx  
 之后，将接收场转换成一个透射函数。 将该传输函数用作光阑（在一个透射函数元件中）。 FZU1WBNL%t  
~)$R'=  
结果：光束质量优化 Ff0V6j)ji  
X ]&`"Z]  
p`&{NR3+  
 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。 ueU"v'h\  
C$q-WoTM(  
`}P9[HP  
Ow1+zltgj-  
 然而，光束半径是略有减少。（光束半径显示在最后一张幻灯片是由于其偏离了理想高斯。） @G#`uoD  
+KExK2=  
)IK%Dg(v  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd w<!&%  
JcP<@bb>B  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 M@q)\UQ'  
N1g;e?T':  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 >op/<?<  
n&]J-^Tx  
0)PZS>  
 这意味着参数变化是的正态 S
9[Up}`  
E{-pkqx  
NI:OL  
bg9_$laDi  
&{WEtaXaa  
 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。 ?vD<_5K;I  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 P*Jk 8MK#G  
^cW{%R>XY  
/;Cx|\  
](-[ I#  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run c\P}ZQ  
b!SIs*  
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） z-0 N/?x1  
:+^`VLIf  

|C+ 5  
[KO\!u|?YS  
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。 `ALQSo~l  
Lrx"Hn{  
总结 b0%#=KMi  
`+KLE(]vyH  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 EG=U](8T  
1.模拟 b[n6L5P5m2  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 3\<(!yY8  
2.研究 {![
E)~  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 JZyEyN  
3.优化 m`XaY J  
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。 B%[#["Ol  
4.分析 )d {8Cu6  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 iu+H+_  
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。 .$G^c  
.b*-GWx  
参考文献 pek5P4W_  
[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). 'HvW&~i(  
2I4G=jM[  
进一步阅读 ac4dIW{$3  
r_a1oO:  
进一步阅读 {2|sk9?W  
 获得入门视频 P!~&Ei  
- 介绍光路图 6l>016 x  
- 介绍参数运行 eLN(NSPoS  
 关于案例的文档 
l`K5fk  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens .W-=VzWX  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens "Jyb?5  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing #DTBdBh?I  
- BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair /8(t:  
=6w(9O  
BS3BJwf; f  
QQ：2987619807