光束传输
系统（BDS.0005 v1.0）
0/v]YK. 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
0OO[@Ht P!79{ 8 .Y6v#VI 简述案例
lie ,A -))S 系统详情
,# 2~<
光源 rd 7p$e=i - 强象散VIS激光二极管
SCfp5W7~ 元件
ps' _Y <@ - 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜）
_eGYwBm - 具有高斯振幅调制的光阑
r R6} 探测器
O50_qu33ju -
光线可视化（3D显示）
'8]p]#l - 波前差探测
CHGa_ - 场分布和相位计算
z)M#9oAM - 光束
参数（M2值，发散角）
t`B@01;8A 模拟/设计
*v%y;^{k[/ - 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算
~61b^L}$ - 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）：
X,G<D} 分析和
优化整形光束质量
$
64up! 元件方向的蒙特卡洛公差分析
y'm!h?8 j!agD_J 系统说明
i D 9 */ <|l}@\iRX 
W yM1s+@ 模拟和设计结果
z%
bH?1^o jfG of* 
JOuyEPy 场（强度）分布 优化后
数值探测器结果
8?iI;( ah*{NR) 
_^W;J/He 
JlYZ \ ,]EhDW6 总结
+ ,Krq 3P SV o ?o|< 实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。
=.z;:0]'n 1.模拟
j{lurb)y 使用光线追迹验证反射光束整形装置。
TVcA%]y{; 2.评估
?# w} S% 应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。
{.2\}7.c 3.优化
0g[ %)C 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。
IW~wO 4.分析
Jw _>I 通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。
a
U\|ZCH\] S46aUkW. 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。
P ] *x6c^n Tc(=J7*r& 详述案例
F
,472H (6$ P/k8 系统参数
#_.J kY u{DE OhtI4 案例的内容和目标
Dy.i^`7\ YH\9Je%jx 在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。
hnFpC1TO 41<~_+-@ 
"jAd.x?X7e 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。
~1+6gG 之后，研究并优化整形光束的质量。
}gQ2\6o2g 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。
nsI+04[F \'Ae,q|w 模拟任务：反射光束整形设置
vu0Ue 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。
> T * `Y0P yU!1q}L! 
,40OCd! dJgLS^1E 
<kFLwF?PM' jh oA6I 规格：像散激光光束
>g<Y H'U{ |B FzTz,o 由激光二极管发出的强像散高斯光束
/ :F^*] 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动
os{ iY xuv W6Q; 
qA GjR!=^ XY| y1L 3[ 
YJv$,Z&;HO (|BY<Ac3 规格：柱形抛物面反射镜
_ 94
W@dW jn5xYKv 有抛物面曲率的圆柱镜
nx 'c= gp 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面
tq59w 曲率半径等于
焦距的两倍
dLp1l2h!0 m}'_Poc lBbb7*Ljt< 规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型）
}R}+8 (1'DZ xJ&u 对称抛物面镜区域用于光束的准直
LJ[zF~4# 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型）
n.+ '9Fj 离轴角决定了截切区域
F(hPF6Zx( %(6IaqJ[ 规格：参数概述（12° x 46°光束）
Y_CVDKdcY To*+Z3Wd 
y`va6 %u{ J.yM@wPS> 光束整形装置的光路图
6= ; :[ W,@ F !8 
[1vm~ w' 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。
fLe~X!#HF 因为离轴抛物面镜的位置是相对于它的焦点，那么到反射镜2的距离z必须是负的。
C{bxPILw /u$'=!<b; 反射光束整形系统的3D视图
1 w=.vj<d8 }i!+d,|f 
Hi09?AX 57 q=
光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。
,4H? + |! 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）。
? uYO]!V C 'u<e<hU 详述案例
iI<c 6R bDc * 模拟和结果
w80X~ LWM<[8wJ4 结果：3D系统光线扫描分析
9;L 4\ 首先，应用光线追迹研究光通过
光学系统。
m EJ7e# 使用光线追迹系统分析仪进行分析。
sa8O<Ab Leb
Kzqe file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd
BsFO]F5mmX dCoP
qK y 使用参数耦合来设置系统
5$ =[x!x 5b:1+5i F- 自由参数：
#1%@R<` 反射镜1后y方向的光束半径
J ,Ki2'= 反射镜2后的光束半径
@_C]5D^J^~ 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量）
aE'nW_ f 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。
xq;>||B 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。
g!~SHW)l vNw(hT5750 
J920A^)j! '^)'q\v 'k 
G Uu8 N /
<(|4e 自由参数：
:z8/ iD y 反射镜1后y方向的光束半径
%$ya>0?mq 反射镜2后的光束半径
1e[?}q]* 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量）
c= t4 gf 基于光束发散角和直径（x和y方向）焦点，可以计算并设置反射镜的直径和距离z。
1#x5
o2n Hpix: To 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。
Wq3PN^ n=-vOa% >IS4 结果：使用GFT+进行光束整形
1T#-1n%[k( Ze%S<xT!O 
FC+-|1?C fcdX j_u 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。
D N!V".m`J qVh?%c1.Y 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。
M< Bo<,!ua +(DzE
H | 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。
h~Ir= JV qK$O /g, 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差：
f1:>H.m`
oq vu8" 
}m<+tn3m Z><+4
' file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd
QyA^9@iVs Dl.< (/ 结果：评估光束参数
~EmK;[Z oPs asa 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。
<,DMD 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。
\'=svJ
=A5i84y.2u i mADjBR] 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。
$E[O}+L$# 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）
qf K
gNZ NCg("n ,jx file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd
y3( ~8n p*W{*wZ_^ 光束质量优化
)Jvo%Y lFuW8G,-f@ 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。
n=b!c@f4 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）。
x(>XM:| B[mZQ&Gz`a 结果：光束质量优化
5q4wREh 4%}iKoT
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。
V?t*c [ T=w0T-[f 
Y|mtQ E?c F+G+XtOS 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。）
ug}u>vQ> 1WaQWZ:= 
i= ^6nwD& file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd
E
@r &K t(UBs-t 反射镜方向的蒙特卡洛公差
}cUO+)!Y ~rrl" a> 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。
WTD86A %a 8e _ 这意味着参数变化是的正态
7lYf+&JZ UH &1QV 
F'wG % LTx,oa:ma 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。
A~{vja0 ? 这意味着，波前对对齐误差很敏感。
Z[ !kEW e2%mD.I 
]/p>p3@1C L8E4|F} file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run
"8) %XSb h+_ :zWU 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）
f^}n# Z9MU%*N 
I=Y_EjZ D t\:=|t, 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。
+ i /4G.=* _^?_Vb 总结
6* 1f -IbV $<VH~Q< 实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。
ijcF[bm E 1.模拟
o G hMO 通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。
-j Nnx* 2.研究
d=\TC'd"{ 为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。
/&qE,>hd.+ 3.优化
kTzO4s? 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。
$Ups9p Q 4.分析
^\S~rW.3_ 通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。
%b h: c5 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。
S6JWsi4C:, +s7w@ 参考文献
.f[z_% ar [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).
`.~*pT*u h`v T[u~l 进一步阅读
#l* w=D? n %}# e! 进一步阅读
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