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光束传输系统（BDS.0005 v1.0） |BXg/gW  
5H^(2w  
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 guR/\z$D@C  
GbI/4<)l}  
Z`i(qCAd(  
i ct])  
简述案例 hZb_P\1X  
:
2`e(+Uz  
系统详情 8s@3hXD&
 
 光源 !N^@4*  
- 强象散VIS激光二极管 xmoxZW:  
 元件 Vurqt_nb  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） $`8wJf9@w  
- 具有高斯振幅调制的光阑 tH4B:Bgj!  
 探测器 KI.hy2?e  
- 光线可视化（3D显示） 2=}FBA,2  
- 波前差探测 ;'1d1\wiDQ  
- 场分布和相位计算 ueNS='+m  
- 光束参数（M2值，发散角） %BODkc Zh  
 模拟/设计 ca9X19NG  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 sLk-x\P]|  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： DY*N|OnqJ  
 分析和优化整形光束质量 ]?4hyN  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 6S#Cl>v  
p#tI;"\y  
系统说明 i6Gu@( 8Q  
/-s6<e!  
rJB}qYD  
模拟和设计结果 #-J>NWdt  
yhJ@(tu.Gd  
数值探测器结果 j>kqz>3  
Zd+bx*rD  

x)&\z}  
7zc^!LrW<  
<UCl@5g&  
总结 ,!9zrYi}  
O6Y0XL  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 b,@/!ia  
1.模拟 `vV7c`K?  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 h+,@G,|D  
2.评估 /L3:  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 []T8k9g/-  
3.优化 d;>QhoiL  
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。 Bw.i}3UT6  
4.分析 30{ gI0jk  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 7EJ+c${e.-  
X>^fEQq"  
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。 =~gvZV-<  
JXxwr)i  
详述案例 |j|rS5  
UxBpdm%dvP  
系统参数 '%;m?t%q  
05R@7[GWq  
案例的内容和目标 y7<|_:00  
Y-9I3?ar  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 l-3~K-k<@  
Ort(AfW  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 $;
PMkUE  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 E{@[k%,_  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 iow"n$/  
$VR{q6[0S?  
模拟任务：反射光束整形设置 jWgX_//!  
引入的反射光束整形装置是基于一个反射镜系统，此系统由两个抛物面圆柱反射镜镜与抛物面截面反射镜组成。焦点距离和镜子的位置取决于输入光束的发散角。 A}w/OA97RO  
sos5Y}  
ykJ>*z  
7$#u  
mZB
o~(}  
,)io5nZF  
规格：像散激光光束 
bMBLXk  
T4F/w|Q  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 A(XKyE
x  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 ~Gw*r\\+  
#z42C?V  
"jCu6
Rjd  
!~Z"9(v'C  
,z6~?6m  
0"#HJA44  
规格：柱形抛物面反射镜 0{mex4  
                         kcEeFG;DQ  
 有抛物面曲率的圆柱镜 P {'b:C  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 !m$jk2<  
 曲率半径等于焦距的两倍 4K74=r),i  
z%kULTL  
vSh`&w^*  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） h];I{crh  
8Y?;x}  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 !'Kjx  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） /RF
7j;  
 离轴角决定了截切区域 ce(#2o&`  
N g,j#  
规格：参数概述（12° x 46°光束） w =KPT''!  
GthYzd:'hJ  
   7Lt)nq-b  
"#48% -'x  
光束整形装置的光路图 M3AXe]<eC1  
Ss`LLq0LO  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 ite~E5?#  
 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。 28nFRr  

_4f;<FL  
反射光束整形系统的3D视图 hOeRd#AQK  
nDW9NQ  
Debv4Gr;^  
f!"w5qC^  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 7o4\oRGV  
 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）。 fR|A(u#9  
Ep}s}Stlr}  
详述案例 cNH7C"@GVu  
;Qq\DFe.w  
模拟和结果 y)*RV;^  
<uJ@:oWG7  
结果：3D系统光线扫描分析 ctUp=po  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 Y$zSQ_k;U  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 pXUS
Ls  
A=4OWV?  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd 5X+A"X ;C  
16 $B>  
使用参数耦合来设置系统 xkn;,`t^lJ  
BuwY3F\-O  
UI#h&j5pW  
自由参数： T;uX4,|(  
 反射镜1后y方向的光束半径 +qoRP2  
 反射镜2后的光束半径 M?qy(zb  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） D]}G.v1  
 由于功能原理，所有系统参数（距离，焦距，直径）可以由光束参数分析计算。 |^aKs#va  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 7 3m1  
ceV}WN19l  
?8$Q-1=  
MPV5P^@X  
^s=8!=A(  
]tD]Wx%  
}*-@!wc-N  
自由参数： PeT'^?>  
 反射镜1后y方向的光束半径 OYd !v`<  
 反射镜2后的光束半径 OCUr{Nh  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） '%D7C=;^  
 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。 2|L&DF:G  
;fJ.8C  
(?c-iKGc  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 ] @'!lhLi  
@VBcJ{e,  
Zh,71Umz  
结果：使用GFT+进行光束整形 ,^:.dFH6  
R8Tx[CJ5  
>bxS3FCX  
.h[:xYm  
*Uh!>Iv;  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 p[-O( 3Y  
:svqE+2  
+:f"Y0  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 KP"+e:a%  
+%&yJ4-  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 yr6V3],Tp  
<[phnU^ 8  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： %$I;{-LD  
[}:$yg  
y(&Ac[foS}  
phK/  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd >0gW4!7Y  
TV:9bn?r)  
结果：评估光束参数 #QPjkR|\  
<GJbmRc|  
p'k0#R$  
 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。 -} +[  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。 mR~&)QBP.  
CAe!7HiR  
z{6Z 11|  
 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。 9ati`-y2  
 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） ?5p>BER?  
B1gR5p0  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd @L`jk+Y0vF  
,_P-$lB  
光束质量优化 O<I-
  
fOHxtHM  
9^x> 3Bo  
 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。 QWU[@2@%r  
 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）。 E{\2='3\  
)_:NLo:  
结果：光束质量优化 xoL\us`A  
teP<!RKNb  
NRuNKl.v  
 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。 }b}m3i1  
hb-%_c"kq  
uNyVf7u  
%xW"!WbJ|  
 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。） Smh,zCc>s  
7^Uv7<pw  
y} '@R$  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd TvM~y\s  
WAqINLdX  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 m'U0'}Ld};  
+t.b` U`-  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 IBGrt^$M  
h1RSVp+?n  
54,er$$V  
 这意味着参数变化是的正态 xk5]^yDp  
bD^o
wa  
=wJX0A|  
}\f0 A-  
mv><HqDL1  
 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。 qK+5NF|  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 b>W%t  
-LSWmrj  
i%/+5gq  
/FII07V  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run FmW(CGs  
[^)g%|W  
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）
(:_$5&i7  
1 zZlC#V  
[0of1eCSl  
b>|6t~}M  
由于波前差和因此校准的偏差更大，M2值明显增加。可以使用高斯孔径来减少。 Xvv6~  
-=="<0c  
总结 gi8FHSU|G  
M:8R-c#![  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 !if   
1.模拟 0sqFF[i  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 oDR%\VY6T  
2.研究 \zY!qpX<  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 9x8fhAy}4  
3.优化 7_L;E
~\  
通过使用显示出高斯整形孔径函数和经典场追迹引擎来优化M2参数。 s%S  
4.分析 Y73C5.dNcE  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 do%&m]#;  
可以使用VirtualLab Fusion非常有效地模拟和分析复杂的光束整形装置，尤其是离轴系统。为此，根据情况应用不同的模拟引擎。 yevPHN"M  
pRqx`5 }  
参考文献 j.Hf/vi`z  
[1]M. Serkan, H. Kirkici, and H. Cetinkaya, “Off-axis mirror based optical system design for circularization, collimation, and expansion of elliptical laser beams”, Appl. Optics 46, No. 22, 5489-5499 (2007). hM{bavd  
w(/S?d  
进一步阅读 eavV?\uV%  
zda 3 ,U2o  
进一步阅读 \G[$:nS  
 获得入门视频 F847pyOJnf  
- 介绍光路图 @- xjfC\d  
- 介绍参数运行 s*[bFJwN  
 关于案例的文档 53D]3  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens E.TAbD&5(  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens \<' ?8ri#  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing |N2#I
tBbW  
- BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair +nL[MSw  
WLT"ji0w2  
Wc#24:OKe3  
QQ：2987619807