光束传输
系统（BDS.0005 v1.0）
z` .<U{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
kvL=>
A .[]r}[ lU *>Ns_su7W 简述案例
,`'Qi %O zJq ~!#pZ 系统详情
q }i]'7
光源 7x"R3 - 强象散VIS激光二极管
z Xg3[orF 元件
\r/rBa\ - 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜）
VQc_|z_ s - 具有高斯振幅调制的光阑
k|e7a2Wwt 探测器
g;H=6JeG/ -
光线可视化（3D显示）
R3
-n>V5o - 波前差探测
K^
vIUZ> - 场分布和相位计算
|U:k, YH - 光束
参数（M2值，发散角）
E-T) *`e 模拟/设计
ih58 <Up5 - 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算
f}o\*|k_| - 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）：
!EvAB+`jLI 分析和
优化整形光束质量
zIqU,n|]s 元件方向的蒙特卡洛公差分析
: y'Ah# W>${zVu 系统说明
w#ZoZZ wh 3atBX5 
3lf=b~Zi) 模拟和设计结果
"IZa!eUW xs{3pkTYD 
RVZ")Z( 场（强度）分布 优化后
数值探测器结果
vk }n,ecl d2*fLEsF 
JgxtlYjl 
MUaq7B _> >@U*~Nz 总结
@3>u@ !]"@k l% 实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。
6/f7< 1.模拟
mUNn%E:7@{ 使用光线追迹验证反射光束整形装置。
t;|@o\ 2.评估
fW{(lPx 应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。
AiwOc+R 3.优化
[@&m4 7 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。
YX!{P=Ua 4.分析
NpE*fR ') 通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。
V><,UI=,n Me r/G2#& 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。
>Rl " 0.\/\V:H6 详述案例
q;B4WL} 5Y.)("1f}f 系统参数
-z
ID x x,'(5* 案例的内容和目标
BnX0G1|# T]^62(So 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 x]0p 4n# M 
B~ 'vCuE 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。
|h KDv H 之后，研究并优化整形光束的质量。
z{8bvuE 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。
kI,yU}<Fq )Oq|amvC 模拟任务：反射光束整形设置
$By< $ 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。
N+9VYH"* hXcyoZ8 
L 8c0lx}Nn e|g5=2(Pr& 
H[NSqu.s /Y/UM3/ 规格：像散激光光束
ZFi ee|,q ~Z -Vs 由激光二极管发出的强像散高斯光束
>,v`EIg 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动
EH- sZAv \Q {m9fE 
im${3 >26 S U MrFd~ 
!`M,XSp( aE Bu *`-j 规格：柱形抛物面反射镜
CLxynZ \ ; FDv<\2+ c 有抛物面曲率的圆柱镜
dhC$W!N7! 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面
kC:uG0 sW 曲率半径等于
焦距的两倍
O+nEXS\rQ @T@< _ ?) 55G + ; 规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型）
JL`-0P< M 5A,K6f@:g 对称抛物面镜区域用于光束的准直
el&0}`K 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型）
%gInje 离轴角决定了截切区域
hE &xE; Ve8=b0&Y#j 规格：参数概述（12° x 46°光束）
bpOYHc6,*` . zr-:L5{ 
KsddA V~ UN 光束整形装置的光路图
~b(i&DVK ,D5cjaX< 
` b?R#:G 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。
*~2, /D 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。
Tg 7an&# Qu"8(Jk/ 反射光束整形系统的3D视图
~Q*%DRd&Z- {k(g]#pP 
&]Q@7Nl7:l seba9 y
光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。
50"pbzW 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）。
?(xnSW @r *tGY6=7O 详述案例
+[Dx?XM 3 D6RLu 模拟和结果
pLl(iNf] ZVW'>M7. 结果：3D系统光线扫描分析
pk>^?MO 首先，应用光线追迹研究光通过
光学系统。
;^+\K-O]c 使用光线追迹系统分析仪进行分析。
'"`IC\N^ f<GhkDPm>? file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd
Upx G@b C:GK,?!Jn' 使用参数耦合来设置系统
cv8L-Z>x.= %J#YM 'g 自由参数：
2L!u1 反射镜1后y方向的光束半径
. 28<tEf 反射镜2后的光束半径
;:iY) } 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量）
6=kEyJT' 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。
__uA}f Zp 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。
9q)Kfz \ S_Ou 
p}&#jE eFipIn)b 
S&e0u%8mc a,Sw4yJ!Q 自由参数：
W'els)WJ|x 反射镜1后y方向的光束半径
u\a#{G;Z 反射镜2后的光束半径
57aXQ8u{ 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量）
Mc@e0 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。
M\vwI" vx\r!] 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。
`Nv=B1 PYiU_ y>:N{| 结果：使用GFT+进行光束整形
RPwbTAl} IO wj>t 
'QJ:` )z UMv.{iEj 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。
16w|O |^< { SOr#{1z* 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。
``V"
D !]4 2^?GH 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。
Pvz cEV P|^f0Rw3. 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差：
]Gzm^6v b`(}.r?W 
]"r&]qx7 '>NCMB{* file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd
tI]Q%S, Jlri*q"hE 结果：评估光束参数
*RDn0d[ -O1>|y2rU 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。
.rO]M:UY 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。
QaS1 Dh 
kd>hhiz| \<.+rqa ! 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。
l#m#c6;= 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）
1 =r#d-\tR >/g#lS 5 file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd
Jk&3%^P{m 0[A[U_b 光束质量优化
6 rh5h: . kQk C:~9 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!* ? dr 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）。
]-PH^H 3e
#p @sB 结果：光束质量优化
hM@
H A H0:E(}@ 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。
WM
Fb4SUR !_ "@^?,q 
w&X<5'G M BYpG 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。）
ydFD!mO ;>#wU' 
5BWH-2HsB file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd
u0 P|0\ uYn_? G 反射镜方向的蒙特卡洛公差
V\t.3vT M:XSQ["6>V 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。
,kF1T, N< |@ymi 这意味着参数变化是的正态
5"^en# ?9 r Ev@Y D
x%}^hiO<q YbR!+ 0\g 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。
s2teym,uG 这意味着，波前对对齐误差很敏感。
Hv!U| L Mc =$/ o 
>,TUZ j`oy`78O file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run
io _1Y ]N !i{aMxUP 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）
mIurA?&7! 4P'*umJi 
ao%NK<Lt 5pj22 s 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。
Hx#; Z 4y)P>c 总结
S)lkz'tdk +s(HOq) b 实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。
<d,b '<z
s 1.模拟
&{ay=Mj 通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。
!HrKXy 0{ 2.研究
M|6A0m#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。
kv3E4,<9 3.优化
l H#u 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。
>[MX:Yh 4.分析
?h.wK 通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。
h^?\xm| 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。
cimp/n" \!>3SKs(e 参考文献
IT(lF [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).
$8;R[SU6Y '3_]Gu-D 进一步阅读
aAJU`=uq oz AS[B6 进一步阅读
[ p{#XwN 获得入门视频
txW{7[w+, - 介绍光路图
7{e% u# - 介绍参数运行
{wO 3< 9 关于案例的文档
_]yn"p - BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens
: e]a$ - BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens
$eD.W - BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing
)T';qm0w - BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair
