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光束传输系统（BDS.0005 v1.0） YE5B^sQ1  
VwrHD$  
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 Zw<\^1  
#?EmC]N7  
%^CoWbU  
SV0h'd(b  
简述案例 w5uOkz #  
,4tuWO)"  
系统详情 >Kjl>bq  
 光源 HSsG0&'-Y  
- 强象散VIS激光二极管 V*1hoC#  
 元件 DYFfq  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） sbi+o,%1  
- 具有高斯振幅调制的光阑 _gl7Ma  
 探测器 {WoS&eL  
- 光线可视化（3D显示） \T]'d@Wyd  
- 波前差探测 \DC0`  
- 场分布和相位计算 yhSbX4Q  
- 光束参数（M2值，发散角） dF<GuS;l5  
 模拟/设计 i~0x/wSl_  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 \hr2#!  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： E+!A0!1  
 分析和优化整形光束质量 70BLd(?  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 n3Q Rn^  
o1zKns?  
系统说明 ]Ll<Z  
nkAS]sC  
vlS+UFH0  
模拟和设计结果 zIT)Hs5  
?6T\uzL +%  
数值探测器结果 L.tW]43K  
&;wNJ)
Uc  
C_ 4(-OWq  
}s++^uX6  
M!)~h<YL  
总结 "vL,c]D  
_(%;O:i  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 yJn<S@)VT:  
1.模拟 ,z0~VS:g8  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 r(6$.zx  
2.评估 ,\Uc/wR  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 /c:78@  
3.优化 1@S(v L3a  
利用一个具有高斯形状孔径函数的光阑和经典场追迹引擎来优化M2参数。 e=u?-8  
4.分析 !/RL.`!>  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。
:.bBV]6q  
w1J%%//(h  
对于复杂的光束整形装置，特别是离轴系统，可以使用VirtualLab来进行高效的模拟和分析。模拟过程中，根据情况应用不同的模拟引擎。 &6q67  
0wnC"2GUX  
详述案例 ;:A/WU.^  
|\3X7)^8D  
系统参数 fIwG9cR  
jH~VjE>  
案例的内容和目标 Ml
H0  
=Hf`yH\#  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 ' |Ia-RbX  
8qF OO3c\V  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 ;@$v_i  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 ]7DS>%mY(  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 'S#D+oF(1~  
F*TkQ\y  
模拟任务：反射光束整形设置 i8|0zI  
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。 bJ5 VlK67R  
q'1 86L87  
 Xn=  
`),ACkU>U  
=GJ)4
os  
YG K7b6  
规格：像散激光光束 h"ZR`?h  
bBg=X}9  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 |kK_B :K  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 ]
Mb:zs<r  
Tx:S{n7&  
B`mT
p01  
,%<ICusZ  
:[d*  
ffI z>Of:  
规格：柱形抛物面反射镜 #,B+&SK{  
                         |!hN!j*)  
 有抛物面曲率的圆柱镜 /ht-]Js$G  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 '1vm]+oM
 
 曲率半径等于焦距的两倍 1)v]<Ga~%1  
 4"~F  
Gc*p%2c  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） /v8yE9N_  
%@'[g]hk  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 BRTCo,i  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） ul^VGW>i  
 离轴角决定了截切区域 6xiCTs0@  
D*}_

L   
规格：参数概述（12° x 46°光束） hF`Qs  
/7LAd_P6  
   kO/]mNLG  
hp3 <HUU  
光束整形装置的光路图 Aq;WQyZ2  
vR*p1Kq:  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 (8Q*NZ  
 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。 ;/ASl<t,  
EZJ[+ -Q;  
反射光束整形系统的3D视图 8>AS
T,  
Gc,6;!+(  
m<I>NYfE  
lQKq{WLFx.  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 uy rS6e0  
 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）。 @FaK/lKK  
}s@vN8C  
详述案例 QE4TvnhK  
wu~?P`  
模拟和结果 3A!Qu$r9  
jg\FD51$  
结果：3D系统光线扫描分析 /pQUu(~h_  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。
_
fjHa6S  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 |32uC3?o  
+j(7.6ia  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd i%n9RuULh  
RYZM_@5$t  
使用参数耦合来设置系统 jX&/ e'B  
bx:j`5Uj`  
,w%hD*  
自由参数： su0q 2.  
 反射镜1后y方向的光束半径 M$Ow*!DfP  
 反射镜2后的光束半径 v{;^>"5o  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） ~nRbb;M  
 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。 &\e8c g  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 se*!OiOt  
EI8KKo *  
khVfc  
% 8P8h%%Z  
l?O%yf`s  
{4>N2mP{M  
TpRI+*\  
自由参数： a[ yyEgm2  
 反射镜1后y方向的光束半径 u[6aSqwC|  
 反射镜2后的光束半径 _g%,/y 9y  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） v~:'t\n  
 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。 s|D[_N!|  
",pd 9  
FZ5 Ad&".@  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 K;*B$2Z#k  
|*B9{/;4  
ImsyyeY]  
结果：使用GFT+进行光束整形 ?fX`z(Z  
`%_(_%K  
_rz7)%Y'#$  
{sF;R.P&r  
@dc4v_9  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 [z,6K=  
Q.g44>  
GP0}I@>?  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 ^_t7{z%sA[  
r#NR3_@9  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 B3W2?5p  
2#X>^LH  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： IHwoG(A~<  
.#LvvAeh  
4VP$,|a  
7_`_iymR  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd C:p`  
(97&mhs3  
结果：评估光束参数 $GQ{Ai:VwF  
" nLWvV1  
l4AXjq2  
 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。 Zb:S IJ  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。 +pxt
ar  
J<MuWgx&  
kiu#THF  
 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。 8gJg7RxL  
 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） $k^& X `  
^&\<[\  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd LfMN 'Cb  
8gW$\  
光束质量优化 zcOG[-  
TNlS2b1  
&IP`j~b  
 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。 #YK=e&da  
 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）。 h3V; J  
}[: i!t.m  
结果：光束质量优化 D<lVWP  
9>ML;$T&  
H,;9' *84  
 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。 WD|pG;Gq  
uo3o[H&#  
QJ,~K&?  
+<'>~lDg  
 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。） bdj')%@n  
' pfkbmJ  
Vkl]&mYRz  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd ZmS ]4WM<  
.e|\Bf0P  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 yH(%*-S  
]Uul~T
 
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 &"=<w  
8r.3t\o)X  
@gi / 1cq  
 这意味着参数变化是的正态 &X)^G#  
&Y-jK<  
7upN:7D-  
aPHNX)  
BrsBB"<o,  
 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。 =W"9a\m  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 "cGjHy\j`  
a.up&g_$  
.x_F4#Ka  
.F@ 2C  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run d[sY]_ dj  
>+Y@rj2  
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） +m1*ou'K  
I]Vkaf I>(  
e84O 6K6o  
gt!tDu  
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。 EO"G(v  
r[3 2'E  
总结 CzI/Z+\  
ap[Q'=A`  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 bEb+oRI  
1.模拟 {=,+;/0  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 p*~b5'+ C+  
2.研究 T_oL/x_;  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 ( \7Yo^  
3.优化 GE}>{x=^x  
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。 838@jip  
4.分析 ?'^yw C`  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 .:iO$wjp5  
可以使用VirtualLab Fusion非常有效地模拟和分析复杂的光束整形装置，尤其是离轴系统。为此，根据情况应用不同的模拟引擎。 #{zF~/Qq  
!$#8Z".{v{  
参考文献 34t[]v|LD  
[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). Z+ )<FX  
iM~qSRb#mJ  
进一步阅读 8xYeaK  
*P+8^t#Vp  
进一步阅读 cfL:#IM  
 获得入门视频 W@61rT}c  
- 介绍光路图 %]!xr6d  
- 介绍参数运行 a t%qowt  
 关于案例的文档 mf\@
vI  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens 59k-,lyU,  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens iM"L%6*I^  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing 9KMtPBZ  
- BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair ,m;G:3}48  
z/|tsVK  
V(OD^GU  
QQ：2987619807