光束传输系统（BDS.0005 v1.0） :.g/=Q(T~
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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 75Z|meG~
kQ\ $0=6N9
cN&Eb n 3 '.3RKV
简述案例 g]&fyB# [ ft6xI 系统详情 30^q_|l:] 光源 $jh$nMx)! - 强象散VIS激光二极管 o
i'iZX 元件 6t; ;Fz - 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） fphCQO^#vW - 具有高斯振幅调制的光阑 M(+Pd_c6 探测器 O/#3QK - 光线可视化（3D显示） BT [|f[1 - 波前差探测 G$Mf(S'f - 场分布和相位计算 !8UIyw - 光束参数（M2值，发散角） FA-cTF[,( 模拟/设计 %l&oRBC - 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 kfas4mkc - 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）：
s*g qKQ; 分析和优化整形光束质量 B`eK_ '7t 元件方向的蒙特卡洛公差分析 ,4"N 7_!7 B;[ .u>f 系统说明 A;rk4)lij I=&i &6v8G 
l GYW[0dy 模拟和设计结果 O
MQ?*^eA .\$A7DD+A 
=A, B'n\R 场（强度）分布 优化后
bh5D } w
++b[>};
9cB+ x`+Lu [#Apd1S_ 总结 vai w*?jV
B \R X 实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 5XX)8gAo 1.模拟 m BvO<?ec 使用光线追迹验证反射光束整形装置。 .:&` PaMt 2.评估 tUH?N/qn 应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 c?CfM> 3.优化 ' 8)kFR^9 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。 ~-vCY 4.分析 >D u=(p B 通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 yH" i5L9 Q SF0?Puf 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。 (]cL5o9 KJyCfMH&:@ 详述案例 RYCi O,+
pqO0M]} 系统参数 \;MP|:{pU %2dzx[s 案例的内容和目标 RgV 3, z
(y;
6 H 在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 ,&@GxiU f@YdL6&d- 
MuMq%uDA"
P^"RH&Z QJ 
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EGgw#JAi#t v\|jkzR5Y 规格：像散激光光束 v3cMPN A^FkU 由激光二极管发出的强像散高斯光束
0<v5_ pB 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 ynM:]*~K
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规格：柱形抛物面反射镜 ?=4oxPe &,<,!j)Jr 有抛物面曲率的圆柱镜 ppn 8 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 'cc8 xC 曲率半径等于焦距的两倍 .gfi9 J I) 1ih Q/3*65 规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） @ "NP`# 'z,kxra|n 对称抛物面镜区域用于光束的准直 bL* b>R[x 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） ?XdvZf $ 离轴角决定了截切区域 @~s5 { 4 AJ>E\DK0] 规格：参数概述（12° x 46°光束）
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Pn<_L 光束整形装置的光路图 )jl@ hnA ,w6?Ap 
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`:7r5}(^ \y?*} L 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 9^g8VlQdT 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）。 BMO ,eQcB &Qda | 详述案例 5'f_~>1Wt &TRKd)w d 模拟和结果 %8I^&~E1 b+:mV7eX 结果：3D系统光线扫描分析 [sG`D-\P[ 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 [r>hK ZU2 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 zUJXA:L9
,d/$!Yf file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd 2m*ugBO; u q 9mq" 使用参数耦合来设置系统 !{V`N|0
u, iiS4'Ze
*0,*F ~n
自由参数： gNxv.6Pp=
反射镜1后y方向的光束半径 X~m57 b j
反射镜2后的光束半径 -SD:G]un
视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） 6 [XaIco=C
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。 &u|t{C#0
对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 n1|]ji[c
>DY/CcG\P 
_5n2'\] H`
)?&mCI*
PT,*KYF_O"
_Q^jk0K8ga
]b}3f< 自由参数： $#e}9g. 反射镜1后y方向的光束半径 bZWR. </ 反射镜2后的光束半径 P JK Y$s. 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） anz7ae&P'K 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。 ?xKiN5q"6 h\#4[/ 6 T ~+vT 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。
A<H]uQ> W!8$:Ih_Z *]q`:~u2 结果：使用GFT+进行光束整形 zB y%$5~Fw tZ=|1lM 
nq7)0F%e vQXF$/S G2[2 y-Rv 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。
wMF1HT<* Brg0: 5H
< :eKXH2 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。
aAoAjV NkK Gg6cjc =dC 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。
2mj>,kS?c gDfM} 2]/ 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差：
' )F@em -{eiV0<^ 
+A,cdi9z ZKI` ; file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd
vA*NJ%&` 3s: ) CXO 结果：评估光束参数 .*EP$pc h*P0; V`UX h;K9}w 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。
/Jk.b/t.*S 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M²值感兴趣。
V /OW=WCzN 
qy\SOA h ,h3,& , 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。
AsZy Pybq 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）
Z-U3Tr SI
d9D*w/clMi file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd
jq/{|<0 %ULd_ES^ 光束质量优化 0Z%<H\Z 71&`6 # WFeaX7\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。
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?V 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）。
yCg>]6B p-g@c wOu 结果：光束质量优化 \BsvUGd 9qZ|=r]y' QQ,w:OjA0 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。
<* PjG}Z. e8]mdU{) 
10/3 -)+ J _| >rfW 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。）
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/ dn]`Ge) file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd
.Qj`_q6= t;ga>^NA" 反射镜方向的蒙特卡洛公差 gD fVY%[Z e''Wm.>g(+ 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。
CV7 .hF< L/cbq*L )=D9L 这意味着参数变化是的正态
s*}d`"YvH a-DE-V Uls 
?Z7C0u#wd d}415 XA 5O%}.}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。
` }Hnj* 这意味着，波前对对齐误差很敏感。
}mJ)gK5b 6 AB#hh i# 
%s)E}cGH 8@Km@o]? file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run
X!_OOfueP8 7y`~T+ 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）
r*3XM{bZ/@ !8s:3] 
Ap> n4~ )5V1H WjU 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。
Cw^)}23R ->#7 _W 总结 )I}G:bBa n:! J3pR 实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。
42Ffx?Qmv 1.模拟 uc"u@ _M 通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。
`RzM)ILl 2.研究 =O _[9kuJ 为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。
ZmHl~MR@ 3.优化 Vis?cuU/ 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。
i\eykYc, 4.分析 0UB'6wRVo 通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。
U&a]gkr 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。
