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光束传输系统（BDS.0005 v1.0） L9)
nRV8  
ZiOL7#QWX  
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 onAC;<w  
4ky@rcD1  
rYMHc@a9(  
4#y  
简述案例 ?KfV>.()  
#\fxU:z~r  
系统详情 T"$yh2tSY  
 光源 o=VDO,eS  
- 强象散VIS激光二极管 xT$9M"  
 元件 ?5g0#wqI  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） WwM/M!98J  
- 具有高斯振幅调制的光阑 ]RJcY1  
 探测器 r/vRaOg>X  
- 光线可视化（3D显示） KoNJ;YiKtN  
- 波前差探测 2U;ImC1g  
- 场分布和相位计算 L.@o  
- 光束参数（M2值，发散角） 7 a}qnk%  
 模拟/设计 -?$Hr\  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 ^B|Q&1  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： >1Y',0v  
 分析和优化整形光束质量 ;:l\_b'Z}  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 n^AQ!wC  
^l4=/=RR  
系统说明 6U`yf&D  
hkq[xgX  
(E*eq-8  
模拟和设计结果 C&vUZa[p  
5xawa:K  
数值探测器结果 Xn'{g  
j[fVF3v  
(hn@+hc  
crt )}L8-  
5@6%/='I q  
总结 !V6O~#  
]HK|xO(  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 Wa{>R2h\  
1.模拟 xmEmdOoD  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 n%>c4*t  
2.评估 c.u$NnDU6  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 Xk_xTzJ  
3.优化 ~EVD NnHEr  
利用一个具有高斯形状孔径函数的光阑和经典场追迹引擎来优化M2参数。 f"j"ZM{~U  
4.分析 y%21`y&Os  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 z;_fO>u:  
MW^,l=kqW)  
对于复杂的光束整形装置，特别是离轴系统，可以使用VirtualLab来进行高效的模拟和分析。模拟过程中，根据情况应用不同的模拟引擎。 SG{> t*E  
#mNM5(o  
详述案例 ,[l
S)`G  
(CRY$+d  
系统参数 MHv2r  
JwNG`MGc  
案例的内容和目标 ?]'Rz\70  
Jbud_.h9  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 q89#Ftkt  
"-'w,g  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 tTT./-*0  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 MjAF&bD^  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 J?WT  
cvR|qHNX  
模拟任务：反射光束整形设置 .`OyC'  
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。 <m"yPi3TY  
m/)Wn  
0jsU^m
<g  
$q]:m+Fm
 
=rV*iLy  
2},|RQETy  
规格：像散激光光束 em  
T#.5F7$u  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 ]o<'T.x  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 #:{Bd8PS  
pm+_s]s,  
5eI3a!E]O  
qm
-G=EX  
_7(>0GY  
N4$!V}pp  
规格：柱形抛物面反射镜 Iz/o|o]#  
                         #{
)=%5=c  
 有抛物面曲率的圆柱镜 _L mDF8Q(  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 / c1=`OJ  
 曲率半径等于焦距的两倍 bq/*99``  
d`D<PT(\  
seh1(q?Va4  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） @B;2z_Y!l  
4^T@n$2N  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 'u }|~u
?m  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） >=|Dir  
 离轴角决定了截切区域 jTbJL  
WQ/H8rOs  
规格：参数概述（12° x 46°光束） S}Wj+H;  
^EGe%Fq*x]  
   D2o,K&
V  
1ID0'j$  
光束整形装置的光路图 $;1#gq%  
0z@KkU{Z  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 3okh'P%+  
 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。 gWm -}Nb4  
-lr)z=})  
反射光束整形系统的3D视图 |^K-m42  
`9a %vN  
8X":,s!  
%xtTh]s  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 $Hcp.J[O  
 绿线表示生成的光轴，由VirtualLab的基础定位方法生成（仅仅设置了距离z和倾角）。 C~PrIM?  
^z#'o  
详述案例 3n;UXYJ%  
\ct)/  
模拟和结果 1|)l6#hOL  
>p4#AfGF  
结果：3D系统光线扫描分析 HS3]8nJW  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 " N)dle,  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 {-*+G]  
E/mp.f2!  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd 5gnNgt~  
h2g|D(u)  
使用参数耦合来设置系统 Wk$ 7<gkr  
+uMOT#KjR  
j4j %r(  
自由参数： Ws"eF0,'Z  
 反射镜1后y方向的光束半径 ?N2/;u>  
 反射镜2后的光束半径 ~kUdHne(  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） R)% Jr.U  
 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。 EoM}Co  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 yyke"D  
H)&6I
33`  
LaL.C^K  
fZU#%b6G  
G}1?lO_d`  
(R)\  
@!z9.o;  
自由参数： 1vlRzkd  
 反射镜1后y方向的光束半径 LB}y,-vX>  
 反射镜2后的光束半径 ))"J  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） R/8>^6  
 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。 40cgsRa|  
e573UB  
MxMrLiqU6l  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 jj^{^,z\  
\a]JH\T)Q  
!e?;f=1+E  
结果：使用GFT+进行光束整形 jQjtO"\JG  
N yT|=`;  
,L ;ueAo  
1<#J[$V  
u
/?s_OR  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 2Qg.b-C  
Sc Uh -y_  
^c?2n  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 hhjT{>je  
l$KC\$?%*  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 ;O=tSEe  
%_xRS  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： ?c712a ?  
n"YY:Gm;8  
FG.MV-G  
fY3^L"R  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd VfAC&3%M
 
J@RhbsZn  
结果：评估光束参数 WE""be8  
3=w$1.B d  
[<m1xr4"k  
 从生成的整形光束场分布，可以评估光束参数。 可以直接通过使用探测器界面实现。 .6Jo1$+  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。 HO,z[6  
g{K*EL<  
(jYHaTL6Y'  
 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。 }C1&}hZ  
 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） 6XyhOs%/  
II$B"-  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd _:oB#-0  
Ara D_D  
光束质量优化 8>" vAEf  
6t9Q,+nJ  
wi'CBfr'z  
 通常，使用合适的高斯调制光阑以用于优化M2值。 因此，我们使用测量的半径作为腰束半径（消除发散角）来生成一个高斯光束。 3@XkO  
 之后，将接收场转换成一个透射函数。 将该传输函数用作光阑（在一个透射函数元件中）。 c@d[HstBJ  
TR:V7d  
结果：光束质量优化 [@"~'fu0  
UH=pQm^W  
u0M[B7Q  
 由于通过高斯孔径传播，光束显示出理想高斯形状。 因此，M2值在两个方向上几乎都是1。 * SH5p  
">='l9  
=0,:w(Sb!  
qN h:;`  
 然而，光束半径是略有减少。（光束半径显示在最后一张幻灯片是由于其偏离了理想高斯。） YTH3t] &  
:o$k(X7a  
yPG,+uQ$.  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd !{'C.sb?~  
|F)BKo D  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 }F3}-5![  
?wzE+p-  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 &AR@5M u  
*x[ZN\$`Y  

'Rbv3U  
 这意味着参数变化是的正态 $ M?VJ\8
 
S<Z]gY @c  
;hP43Bi  
F_>OpT  
s;!TB6b@  
 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。 'qR)f\
em  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 pVgzUu7  
m2wGg/F5  
;vM&se63  
lu~<pfg  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run 5>z`==N)  
xUT]6T0dB  
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） bCWSh~  
-/ 5" Py  
`[) awP  
X>}-UHKV+  
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。 CK4C:`YG  
f(}?Sp_  
总结 9!C
D25u  
\NE~k)`4j%  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 H@
ab]
&  
1.模拟 7p"4rL  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 )"W__U0  
2.研究 zfS0
M  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 .gZ1}2GF=  
3.优化 ^FO&GM2a  
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。 dMn0nc+  
4.分析 A7U]wW9  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 +5AWX,9,-  
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。 -M\ae  
!2YvG%t^6  
参考文献 GYp}V0  
[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). gJ \CT'/  
-zn$h$N4  
进一步阅读 ,O`a_b]  
.7GTL  
进一步阅读 =;HC7TUM&  
 获得入门视频 -@=As00Bg  
- 介绍光路图 fXo$1!  
- 介绍参数运行 PBkTI2 v  
 关于案例的文档 3MqyHOOv  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens Y)V)g9  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens +!"GYPUXy  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing _k'?eZB  
- BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair <c;U 0! m  
B EN U  
^T>P  
QQ：2987619807