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光束传输系统（BDS.0005 v1.0） t9{EO#o'k  
@ U|u _S@  
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 ^Y |s^N  
Rw%KEUDm  
{`55nwd  
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hDr+&J|  
简述案例 ?Fv(4g  
-]%@,L^@  
系统详情 (5 hu W7v  
 光源 @I:&ozy }=  
- 强象散VIS激光二极管 (1vS)v $L  
 元件 sJ=B:3jS0  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） AR^Di`n!  
- 具有高斯振幅调制的光阑 [8#l~ |U  
 探测器 Bw[VK7  
- 光线可视化（3D显示） +=4b5*+qG  
- 波前差探测 3.Kdz}  
- 场分布和相位计算 *ni|I@8
 
- 光束参数（M2值，发散角） {lJpcS  
 模拟/设计 zZ-*/THB@R  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 $la,_Sr  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： cB^lSmu5  
 分析和优化整形光束质量 ^`THV  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 uyIA]OtyN  
jT',+  
系统说明 2t<CAKBB  
K~R{q+  
6yqp<D0SP)  
模拟和设计结果 <LY+" Y  
{rQ`#?J}^?  
数值探测器结果 tTal<4  
,@xZuq+K<  
v3Kqs:"\  
PX]v"xf  
{;r5]wimb  
总结 F
44")fY  

v80e]M!  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 '"Gi&:*nQ<  
1.模拟 1|--Xnv  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 wvD|c%   
2.评估 zuw6YY8kQ  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 I]58;|J  
3.优化 FU zY&@Y  
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。 "- AiC6u  
4.分析 7Jbr
IdDl|  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 t [f]  
&I8ZVtg  
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。 ~Q5HM  
^
Ue>T8  
详述案例 %-D2I  
R4?/7  
系统参数 BZ.H6r'Q  
MeC@+@C  
案例的内容和目标 udMq>s;  
}/|1"D  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 <#sK~G  
%y'#@%kO:S  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 ? T9-FGW  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 @xo9'M<l  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 *=rl<?tX  
{>#Ya;E  
模拟任务：反射光束整形设置 5K0Isuu>>  
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。 $P$OWp?b  
zrcSPh  
6v-h!1p{u  
UWz<~Vy  
09r.0Ks  
nL
9m{$Zv  
规格：像散激光光束 +u7mw<A 8  
n=`UhC  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 ebf0;1!  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 wNn6".S   
cOcm9m#  
>Gkkr{s9  
.M04n\  
ne%ckW?ks  
ffdyDUzQ  
规格：柱形抛物面反射镜 x@yF|8  
                         I/c* ?  
 有抛物面曲率的圆柱镜 <Fi/!  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 c}Qj
KJ-c  
 曲率半径等于焦距的两倍 {=TD^>?  
_|3n h;-m  
UhNeY{6  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） JVRK\A|R  
6 LC*X  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 [!"u&iu`  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） qvCl mZ  
 离轴角决定了截切区域 y 2bZo'Z  
DEIn:d  
规格：参数概述（12° x 46°光束） k@^)>J^  
Ef69]{E  
   5E$)Ip  
Lf3:' n  
光束整形装置的光路图 Gt'%:9r  
z"|^Y|`m  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 ^8DC W`V  
 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。 99vm7"5hQ  
bUt?VR}P(  
反射光束整形系统的3D视图 tT'+3  
!$P&`n]@  
Pn0V{SJOJ%  
~u3E+w  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 M '[.ay  
 绿线表示生成的光轴，由VirtualLab的基础定位方法生成（仅仅设置了距离z和倾角）。 ,JX/`7y  
VB\oK\F5z  
详述案例 F4@``20|  
XDU&Z2A  
模拟和结果 `8EHhN;  
Ga"t4[=I  
结果：3D系统光线扫描分析 7Q2"]f,$CQ  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 L]c
ZPfI6  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 :beBiO  
zxY  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd jU/0a=h9  
S 7RB`I5  
使用参数耦合来设置系统 0@vSl%I+  
y]yp8Bs+  
h5>JBLawQP  
自由参数： D3N\$D  
 反射镜1后y方向的光束半径 VU9w2/cM  
 反射镜2后的光束半径 Vv#|%^0  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） ND77(I$3s  
 由于功能原理，所有系统参数（距离，焦距，直径）可以由光束参数分析计算。 \:, dWLu  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 G<U MZg  
blEs!/A`  
jw]~g+x#$  
?*){%eE  
=y.?=`"  
sz9C':`W  
,SNN[a  
自由参数： #**vIwX-Q  
 反射镜1后y方向的光束半径 |5^tp  
 反射镜2后的光束半径 >fNRwmi  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） eX;C.[&7;8  
 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。 fL>>hBCqC  
x8|sdZFxo  
NBU[>P  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 v2][gn+58  
B@U;[cO&  
!36jtKdM  
结果：使用GFT+进行光束整形 *z&m=G\  
Ev+m+  
~`~mnlN  
FwKT_XkY  
'7Q5"M'  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 R-5EztmLae  
] ;"blB  
/Sy:/
BQ  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 u2}zRC=  
MZ]#9/  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 6HeZ<.d
&  
%iMRJ}8(7  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： 8$4@U;Vh;  
qD0sD2 x  
p}I,!~}  
rXgU*3RG  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd 99)md  
ay4E\=k  
结果：评估光束参数 "-bsWC  
y(!J8(yA  
:.u[^_   
 从生成的整形光束场分布，可以评估光束参数。 可以直接通过使用探测器界面实现。 anxZ|DE  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。 t|XQFb@}  
Cp{ j+Ia  
jr,j1K@_t  
 整形光束在x和y方向上显示了一个几乎相同的半径。 发散角大约是4urad。 *>"k/XUn$  
 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） BUhLAO  
<?h
`  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd KicPW}_  
H& L  
光束质量优化 ;]/>n:[E  
-SO`wL NV  
:s(vn Ie^  
 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。 ?2LRMh")$  
 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）。 5^:N]Mp"  
0{0BL@H  
结果：光束质量优化 N!RkV\:X  
}fzv9$]$  
E6 glR  
 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。 ZoFQJJK56B  
~Q4 emgBD  
1"7Rs}l7  
B}Lz#'5_  
 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。） >U?U;i  
CB&$tDi  
P01o:/}  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd 8~q%H1[I\N  
6@N?`6Bt  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 Pi^5LI6JW  
<]9%Pm#X  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 &}N=a  
?<7o\Xk#{  
_DlkTi5(w  
 这意味着参数变化是的正态 4&TTPcSt;  
+aa( YGL  
7J:zIC$u>  
qhNY<  
YbX3_N&  
 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。 7soiy A  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 eJh4hp;x  
` #!~+  
">?ocJ\9  
3>jL7sh%|  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run -5v2E-  
g(9\r  
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）
j9sK P]w  
c_oI?D9  
u2p5*gzZ  
>%vw(pt  
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。 aahAUhF  
86.LkwlqoH  
总结 f{]eb1  
_'g'M=E  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 QE
Ur+7[  
1.模拟 [8T  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 ( Lp~:p  
2.研究 E="FE.%A  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 b7X-mkF  
3.优化 ,}9G|$  
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。 0)c9X[sG  
4.分析 CTqAhL 4}  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 >,ThIwRN  
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。 ]6PX4oK_t  
n9qO;X4&  
参考文献 vSu|!Xb]  
[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). ^iWcuh_n  
< C{-ph  
进一步阅读 pI__<  
[gZz'q&[)  
进一步阅读 1-HL#y*7$  
 获得入门视频 z0XH`H|~  
- 介绍光路图 KK}?x6wV0,  
- 介绍参数运行 H,/|pP.  
 关于案例的文档 "K.XoG4|  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens i&|fGX?-I  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens 3 #fOrNU2  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing 6##}zfl  
- BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair I=N;F6  
XxN=vL&m  
VxlK:*t`  
QQ：2987619807