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光束传输系统（BDS.0005 v1.0） 9`INC~h  
u}m.}Mws  
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 G *@@K  
`Hd9\;NJ  
_uJV
uCc  
4,zvFH*AH  
简述案例 5H*>  
BkV(81"C  
系统详情 P\T|[%E'  
 光源 pg!`SxFD  
- 强象散VIS激光二极管 w%rg\E  
 元件 t9Vb~ Ubdb  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） ALAL( f`  
- 具有高斯振幅调制的光阑 qu
RPg
)
 
 探测器 EZ{/]gCK  
- 光线可视化（3D显示） /Zx8nx'{V  
- 波前差探测 iN`6xkY  
- 场分布和相位计算 e{JVXc[D  
- 光束参数（M2值，发散角） bKByU{t  
 模拟/设计 K plM['uF  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 8sWr\&!  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： |K)p]i+  
 分析和优化整形光束质量 ,{+6$h3  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 %Zu
Ll(  
Ge0Lb+<G  
系统说明 {wv&t R;  
f)U6p  
u{P~zyx  
模拟和设计结果 |=u96G~N  
cyHU\!Z*Zq  
数值探测器结果 p_9g|B0D  
P>fKX2eQ-  
gg(k7e
 
44j,,
k  
7dHIW!OA  
总结 Hh@2m\HA  

?CFoe$M  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 H@4/#V|Uy  
1.模拟 i3d y  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 P
K}vh%  
2.评估 N;g$)zCV1  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 9 R  
3.优化 ?lyltAxs'  
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。  ^ `je
 
4.分析 I5Q~T5Ar  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 ZBC@xM&-  
([tG y  
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。 E$R_rX4x  
Wxc^_iqA1  
详述案例 A'`P2Am  
{Y^c*Iqn  
系统参数 fRFYJFc n  
q}e]*]dJZ  
案例的内容和目标 cPJ7E  
,$ mLL  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 w_GLC%|7  
`^zQ$au'u  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 W%WC(/hor  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 )lOji7&e  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 k0knPDbHv  
^7<[}u;qF  
模拟任务：反射光束整形设置 4Lw'v:(  
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。 ij!*CTG  
g&XhQ.aa  
{n6\g]p3  
zG<0CZQ8  
TRo4I{L6S  
|w4(rs-  
规格：像散激光光束 u,\xok"  
p[b7E`7  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 -C=]n<ak  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 ZRUh/<\[  
wC
C-Y kA  
K# /Ch5?  
$=lJG(2%  
FJW`$5?  
~%/'0}F  
规格：柱形抛物面反射镜 0T=jR{j!o  
                         tgc@7  
 有抛物面曲率的圆柱镜 VSx%8IM+X  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 C5cFw/',  
 曲率半径等于焦距的两倍 <jg8y'm@0  
Up'."w_zE  
ynxWQ%d(`  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） 5vYsA1Z
 
9Y\F53p&j  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 w9'H.Lq  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） #.~.UHt  
 离轴角决定了截切区域 ipfm'aQ  
[l`^fnKt  
规格：参数概述（12° x 46°光束） HuK Aj  
+A&EKk%$ |  
   cj`#Tg.  
C CLfvex  
光束整形装置的光路图 PMD,8]|  
GCZu<,  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 1`nc8qC  
 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。 g<0w/n!jmC  
tnA_!$Y a  
反射光束整形系统的3D视图 /E;;j9  
MM=W9#  
-`,~9y;tx  
dE+C
IjW5  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 6vMDm0sv  
 绿线表示生成的光轴，由VirtualLab的基础定位方法生成（仅仅设置了距离z和倾角）。 >t2]Ssi(  
P*}9,VoY  
详述案例 O7!fI'R  
2LtU;}7s  
模拟和结果 0c%@e2(N  
](]*]a4ss  
结果：3D系统光线扫描分析 nomu$|I  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 jq7vOr-_g  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 &@-1"-H  
X
CKY xv&  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd n$nne6|O  
|^ 2rtI  
使用参数耦合来设置系统 )i},@T8[  
_G_ &Me0  
bM*Pcxv  
自由参数： v+|@}9|Z  
 反射镜1后y方向的光束半径 2nG{>,#C:O  
 反射镜2后的光束半径 #nxER  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） mrhsKmH  
 由于功能原理，所有系统参数（距离，焦距，直径）可以由光束参数分析计算。 Q=)"om  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 *>?):-9"6N  
B]&Lh~Im  
!"Z."fm*  
g}\U, (  
oHYD_8'f  
-wPuml!hZ|  
/zChdjz  
自由参数： H>gWxJ
5  
 反射镜1后y方向的光束半径 <=B1"'\  
 反射镜2后的光束半径 +!mNm?H[!  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） vHZX9LQU0+  
 基于光束发散角和直径（x和y方向）焦点，可以计算并设置反射镜的直径和距离z。 g
~bf!  
kKFuTem_3  
O>)n*OsS  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 l5":[C$  
1]a*Oer}  
xfbK eS8  
结果：使用GFT+进行光束整形 3fbD"gL  
6E)uu; 8  
?NL&x  
I@y2HxM  
=woqHTR  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 aPcGI  
y<IZ|f  
/j=DC9_  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 %XDip]+rb  
mGMinzf  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 / h2*$  
-KJ}.q>upq  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： P?WT)C2)u  
!."%M^J  
9.MGH2^L?  
`uaD.m$EJ  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd "63zc1  
mcP{-oJ0W  
结果：评估光束参数 ?,+C!R?  
&VZmP5Gv  
g'd*TBnk  
 从生成的整形光束场分布，可以评估光束参数。 可以直接通过使用探测器界面实现。 :yFTaniJ'.  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。 eEg1-  
IV 3@6t4k  
((hJmaq  
 整形光束在x和y方向上显示了一个几乎相同的半径。 发散角大约是4urad。 LB64W ;#h  
 M2值明显高于1。（与理想高斯光束相比，高M2值是由光束偏离引起的） a|]%/[G@  
4cVs(`g^  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd cx1WGbZ  
{Vt^Xc  
光束质量优化 /pSUn"3  
EP*["fx  
8KGv?^M 6W  
 通常，使用合适的高斯调制光阑以用于优化M2值。 因此，我们使用测量的半径作为腰束半径（消除发散角）来生成一个高斯光束。 r['=a/.C  
 之后，将接收场转换成一个透射函数。 将该传输函数用作光阑（在一个透射函数元件中）。 ,h5-rw'  
5,=B1  
结果：光束质量优化 /!&b'7y  
R"\ub"]  
U#~nN+SIt  
 由于通过高斯孔径传播，光束显示出理想高斯形状。 因此，M2值在两个方向上几乎都是1。 `|ck5DZT5L  
QB.*R?A  
#P,[fgNy  
J*6n6  
 然而，光束半径是略有减少。（光束半径显示在最后一张幻灯片是由于其偏离了理想高斯。） )W}/k$S  
wr;|\<c  
JK^
B+.  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd 0[$Mo3c+'  
9-Nq[i"  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 9B?t3:  
'#An+;x{  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 tr9_bl&z  
v[3hnLN%  
-XDP-Trk  
 这意味着参数变化是的正态 *F%ol;|Q  
<>
5:
u  
T0]%(F/8  
]`i@~Z h\  
pb2{J#  
 对于这个例子，假设每个反射镜都有±0.1°的角度偏差（绝对的方向）。 由于这个偏差，整形光束的波前差明显增加。 }T1Xds8w)t  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 ]9yA0,z/  
YK=#$,6  
<DlanczziF  
L_zmU_zD  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run Zy+QA>d|  
i&s=!`  
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） 2I(@aB+  
#3:'lGBIK  
J^+$L"K  
S
1^Mw;?P  
由于波前差和因此校准的偏差更大，M2值明显增加。可以使用高斯孔径来减少。 f29HQhXqS  
YV_I-l0  
总结 .V)2T
z  
x#e\H F  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 j}?ZsnqV  
1.模拟 1n5e^'z  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 h C`p<jp/  
2.研究 d`q)^  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 XL&
eJ  
3.优化 aXid;v,  
通过使用显示出高斯整形孔径函数和经典场追迹引擎来优化M2参数。 [m+O0VK$  
4.分析 t;f p<z7N.  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 *,*:6^t  
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。 H1b%:KRVK  
MzW$Sl&:  
参考文献 ;KZ2L~ THG  
[1]M. Serkan, H. Kirkici, and H. Cetinkaya, “Off-axis mirror based optical system design for circularization, collimation, and expansion of elliptical laser beams”, Appl. Optics 46, No. 22, 5489-5499 (2007). !CMVZf;u  
Q,qylL  
进一步阅读 o-i.'L)X  
wb Tg  
进一步阅读 JA(q>>4  
 获得入门视频 6;c{~$s~[  
- 介绍光路图 c$SxDYG  
- 介绍参数运行 uKAHJ$%  
 关于案例的文档 ={D
B  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens $Qc%9p @i  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens m4.V$U,H]  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing xXh]z|  
- BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair Z 7ZMu  
0c;"bA0>Sx  
n\)f.}YD8d  
QQ：2987619807