光束传输
系统（BDS.0005 v1.0）
H+Sz=tg 5 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
t1y4 7fX6 q#=(e:aCb $H>W|9Kg, 简述案例
"!%l/_p?
YV anW 系统详情
H}bJ"(9$vC
光源 1HZO9cXJ - 强象散VIS激光二极管
=zKM=qba 元件
%Q dn - 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜）
r|Tcfk]% - 具有高斯振幅调制的光阑
nK%LRcAs 探测器
Da&]y -
光线可视化（3D显示）
3x'| ]Ns - 波前差探测
5S--'=fu+ - 场分布和相位计算
7Da` - 光束
参数（M2值，发散角）
b?QoS|<e? 模拟/设计
lv+TD!b - 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算
&@Be2!%'9K - 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）：
'u |c 分析和
优化整形光束质量
-: y,N
9^ 元件方向的蒙特卡洛公差分析
6MMOf\
D\NKC@(M 系统说明
&AbNWtCV+G zv,j M 0- 
Y^EcQzLw 模拟和设计结果
U0N 60 }oGA-Qc }B 
D2B%0sfl~ 场（强度）分布 优化后
数值探测器结果
s{\8om '-
DwE[D]7o 
KEjWRwN 
F%D.zvKN jQ^|3#L\ 总结
w HMX=N1/ Xg!{K3OS 实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。
T&u5ki4NE 1.模拟
xH"/ 1g 使用光线追迹验证反射光束整形装置。
"N bq#w\ 2.评估
fN^8{w/O
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。
70tH:Z )" 3.优化
!/i{l 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。
c?[I?ytl 4.分析
G[I"8iS, 通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。
++ Ts %oa-WmWm 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。
ZyPVy 9u}Hmb 详述案例
rgtT~$ S hxd`OG<gF 系统参数
'Nn z k 3/e.38m| 案例的内容和目标
nIy}#MUd|q '3D XPR^B6 在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。
;1O_M9 >T 3- 
Nk V K 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。
&n }f? 之后，研究并优化整形光束的质量。
!_ D0vI; 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。
KD7dye Rmt~,cW!\ 模拟任务：反射光束整形设置
[KaAXv
.X 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。
Yz"#^j}Kg {xB!EQ" 
as4;: J1RJ*mo7, 
oiT[de \S Ed,~1GanY 规格：像散激光光束
6@ IXqKz ju8q?Nyhs 由激光二极管发出的强像散高斯光束
>xYpNtEs 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动
6/Xk7B )E@.!Ut4o 
lN?qp'%H` >j(_ [z|v3 
~>Fu5i $i " H&W}N 规格：柱形抛物面反射镜
q #ClnG* =9["+;\e& 有抛物面曲率的圆柱镜
(%e .:W${ 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面
Qu"\wE^.` 曲率半径等于
焦距的两倍
JG!m c7 8 Pn#+IvCE i6tf2oqO7 规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型）
2U\u4N O{ foF({4q7b^ 对称抛物面镜区域用于光束的准直
tI TS1 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型）
>WQMqQ^t@ 离轴角决定了截切区域
rc>4vB_ha 6YLj^w] % 规格：参数概述（12° x 46°光束）
QP^Cx= 3kIN~/<R+7 
>:S?Mnv6 _jI,)sr4ic 光束整形装置的光路图
^ H ThN 4Lh!8g=/ 
lhz{1P]s 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。
J^nBdofP 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。
V>)OpvoT# ox>^>wR* 反射光束整形系统的3D视图
#A Sz;$P Y1OkkcPb{ 
)}]g]
g Y. 5_6'Eo?
光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。
!M]uL&: 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）。
udF~5w
H f/NH:1)y 详述案例
?WUA`/[z tl4V7!U@^z 模拟和结果
1 N^[.= -MO#]K3< 结果：3D系统光线扫描分析
:q7Wy&ow 首先，应用光线追迹研究光通过
光学系统。
ARVf[BAJ-* 使用光线追迹系统分析仪进行分析。
5C*Pd
Wpl [b<oDX# file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd
YTpSHpf@ trA4R/
& 使用参数耦合来设置系统
*@r/5pM2} GT!M[*[ 自由参数：
el<s8:lA 反射镜1后y方向的光束半径
ooL!TS GD 反射镜2后的光束半径
mpEK (p 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量）
$s c 由于功能原理，所有系统参数（距离，焦距，直径）可以由光束参数分析计算。
<#y[gTJ<'> 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。
)! Z*.? p8H'{f\ G 
D/B8tf+V u+e{Mim 
y8Z_Itlf +I:Unp 自由参数：
B6nX$T4zP 反射镜1后y方向的光束半径
vq0Tk
bzs 反射镜2后的光束半径
PbgP\JeX 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量）
6V :U (g 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。
9y8&9<# ,G Iy q) 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。
18 d4fR ) VS=E7[ :&rt)/I 结果：使用GFT+进行光束整形
UWJ8a mA V`d,qn)i 
Z1f8/?`W ,~$p,ALwN7 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。
gNrjo= ) 0W{]2 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。
GPv1fearl {
Fb*&|-n 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。
"]x'PI 4J S9D<8j^ 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差：
SC!RbW@3 >d*@_ kJM 
$q{!5-e *NaB#;+|k` file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd
&|ex`nwc 0 t]g-CW 3 结果：评估光束参数
t?&|8SId 1..+F0U 从生成的整形光束场分布，可以评估光束参数。 可以直接通过使用探测器界面实现。
9Cp-qA%t 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。
[z\$?VJspQ 
q=m'^
,gPS M,,bf[p$ 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。
1~`fVg 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）
:zbQD8 jv P [ck84F/ file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd
f:w?pE 9(7-{,c 光束质量优化
B eo@K|3GN _pG- qK 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。
t+ G#{n 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）。
fc3{sZE2M IGQFtO/x 结果：光束质量优化
+oML&g-g_ q5+4S5R*^ 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。
/NFj(+&g+
(@VMH !3 
`?@}>. ,HV(l+k {| 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。）
vX"*4m>b?+ n\'4 
XJ\ DVZ file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd
At>DjKx]O T/~f~Z z 反射镜方向的蒙特卡洛公差
iB yf{ I>+ Y(' #jU 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。
50wulGJud rfg'G&A( 这意味着参数变化是的正态
!hy-L_wL] MrFQ5:= 
pa3{8x{9m H@>` F 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。
n'Lr QU 这意味着，波前对对齐误差很敏感。
*#|&JIEsi AKfDXy 
o[w:1q7 HM1Fz\Sf file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run
'sKk"bi;0 p)-^;=<B3 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）
p27~>xQ ZJJY8k ` 
..5CC;B f~R(D0 @ 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。
tSUEZ62EY F~W6Bp^W 总结
fU}ub2_in [ l??A3G 实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。
B d fwa 1.模拟
s
5Qcl;} 通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。
ltSU fI 2.研究
yx[/|nZDC4 为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。
/Cr%{'P zk 3.优化
AV]2 euyn 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。
1R%.p7@5QU 4.分析
ec;o\erPG 通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。
Mfuv0P~ 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。
pah'>dAL { }n^cq 参考文献
'JE`(xD [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).
/36:ms A EME|k{W 进一步阅读
_N cR)2 RbnVL$c 进一步阅读
qInR1 r< 获得入门视频
jB2[( - 介绍光路图
#zs~," dRv - 介绍参数运行
V f&zL
Sgr 关于案例的文档
_jVN&\A]mC - BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens
(%6P0* - BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens
9$w.9`Py - BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing
5C ]x!>kX - BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair
