光束传输
系统（BDS.0005 v1.0）
y@\J7 h: 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
^Dys#^ d? 4-"9Y n hG h5, 简述案例
90!67Ap`x dA$qzQ 系统详情
D*!9K8<o
光源 V)cL=4G - 强象散VIS激光二极管
#)( D_* 元件
rF=\H3`p3 - 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜）
a/U4pSug - 具有高斯振幅调制的光阑
S0tPnwco[~ 探测器
nrCr9# -
光线可视化（3D显示）
a<&GsDw - 波前差探测
M[?0 ^ FBx - 场分布和相位计算
I5w> *F - 光束
参数（M2值，发散角）
zE]h] $oi 模拟/设计
>:f&@vwm - 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算
|:5[` - 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）：
Ypw:Vp 分析和
优化整形光束质量
@+! u{ 元件方向的蒙特卡洛公差分析
9oxn-) 6JC '))=y@M 系统说明
C7_#D O6" w>6 cc#>q 
l6< bV#_qe 模拟和设计结果
tQcn%C K 6>F]Z)]} 
iKEHwm 场（强度）分布 优化后
数值探测器结果
3ULn ]jA 5 U<;6s 
+%LR1+/%b 
0-Vx!( RV_+-m{] 总结
n{xL1A=9 H]Vo XJ\* 实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。
d`4F 1.模拟
^THyohK 使用光线追迹验证反射光束整形装置。
a,KqTQB 2.评估
{[[/*1r| 应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。
& v<Am%!N 3.优化
p]J0A ^VV 利用一个具有高斯形状孔径函数的光阑和经典场追迹引擎来优化M2参数。
2G)q?_Q4S 4.分析
YB"=eld 通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。
O@sJ#i> T :!Re*=JJ 对于复杂的光束整形装置，特别是离轴系统，可以使用VirtualLab来进行高效的模拟和分析。模拟过程中，根据情况应用不同的模拟引擎。
l jJR7< _BBs{47{E 详述案例
>m8~Fs0 `6 ?.ihV 系统参数
jQ 9i<-zc */A ~lR| 案例的内容和目标
z;6,, d @> 1m:p 在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。
Kp%:\s,lO )P
#MUC 
Z'o'd_g>I+ 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。
_/cL"Wf 之后，研究并优化整形光束的质量。
{V5eHn9/Q' 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。
+<w\K* ><"0GPxrx 模拟任务：反射光束整形设置
8&UwnEk< 引入的反射光束整形装置是基于一个反射镜系统，此系统由两个抛物面圆柱反射镜镜与抛物面截面反射镜组成。焦点距离和镜子的位置取决于输入光束的发散角。
s !WI:E7 e sK0H<] 
_p\O!y .|<+-Rsj 
>0.a#-u^ Pm!/#PtX 规格：像散激光光束
oO][ X Gey j `t 由激光二极管发出的强像散高斯光束
qfsu# R 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动
:V^|}C# n0tVAH'> 
-VkPy<) xoyH5ZK@ 
pDM95.6 x0$# 8 规格：柱形抛物面反射镜
Jj,fdP#\ 9y( 491"o 有抛物面曲率的圆柱镜
<-F[q'!C1 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面
L2\ NTNY 曲率半径等于
焦距的两倍
X^9eCj; c )jHH-=JM Or,W2 规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型）
,BE4z2 a E% d3}@ 对称抛物面镜区域用于光束的准直
GLr7sack 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型）
8N9X1Mb | 离轴角决定了截切区域
d .t$V RO t$-!1jq 规格：参数概述（12° x 46°光束）
n5;>e& x5%x""VEK 
?<6yKxn >
,;<Bz|X 光束整形装置的光路图
H/N4t Wk" ^]ig*oS\` 
se& Q\!&M 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。
6"<q{K 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。
jCp`woV x f<wM]& 反射光束整形系统的3D视图
0=Mu|G|Z 2 C"[0*.[N 
gt)wk93d> DZqY=Sze
光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。
eH^ ~r{{R 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）。
M}x]\#MMY VQl(5\6O 详述案例
olca
Z rWNywxnT 模拟和结果
/nB|Fo_&Q ?z0N- A2C2 结果：3D系统光线扫描分析
lL"ANlX-P 首先，应用光线追迹研究光通过
光学系统。
]oxi~TwY^ 使用光线追迹系统分析仪进行分析。
xA SH - 9 zLybf :# file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd
=SV b
k Ri;_
8v[H| 使用参数耦合来设置系统
")@#B=8+3^ Hp5.jor(k 自由参数：
?,^ Aoy 反射镜1后y方向的光束半径
OU'm0Jlk 反射镜2后的光束半径
t$g@+1p4 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量）
+l<l3uBNS 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。
D-4{9[ 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。
j9~l f '; ;X{a 
QJ2D C r1/9BTPKdJ 
+0g L!r ?}"39n 自由参数：
T(
fcE 反射镜1后y方向的光束半径
FwUgMR*xq 反射镜2后的光束半径
ip!-~HNwJ 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量）
Mh~E ]8b 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。
7>
8L%(7 K Z@'NnQ 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。
\IZY\WU}2 bXk(wXX .zv BV_I 结果：使用GFT+进行光束整形
4d\V=_);r }/2 M?W0 
uR6 `@F Vh N 6
oI 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。
$[\\ {XJ. Q) =LbR{# 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。
u=t.1eS5 g
cb6*@u! 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。
Ug\$Ob5=q LB`{35b-
产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差：
8p]9A,Uq& ;OZl'
. %` 
Up5 |tx7 2P ^x'I file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd
\P7<q,OGS )3k?{1: 结果：评估光束参数
es<8"CcP y/+ IPR 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。
bvS6xU-
J 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。
6 ZfL-E{ 
HI7w@V8Ed LVT:oIQ 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。
V!/9GeIF 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）
Whe-()pG{ (e Ssx / file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd
8N \<o7t% ,Oe:SZ J> 光束质量优化
inh
J|pe" ;GIA`=a % 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。
8OiCldw:HN 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）。
2T(7V[C%9 f-p$4%( 结果：光束质量优化
W4UK?#S+ 'q?Y5@ s 由于通过高斯孔径传播，光束显示出理想高斯形状。 因此，M2值在两个方向上几乎都是1。
-Aojk8tc No` *-> R 
0TZB}c#qT hfw+n< 然而，光束半径是略有减少。（光束半径显示在最后一张幻灯片是由于其偏离了理想高斯。）
,3N>`]Km' n'0r
( 
83 <CDjD file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd
o (4gh1b% vn!5@""T 反射镜方向的蒙特卡洛公差
bi^P k, ' ?Yzw]ag. 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。
%z=:P{0UQ H]7bqr 这意味着参数变化是的正态
YgdQC(ib ] 6M,s0 
c g)> A ;dPaWS1D
对于这个例子，假设每个反射镜都有±0.1°的角度偏差（绝对的方向）。 由于这个偏差，整形光束的波前差明显增加。
iD*Hh-
这意味着，波前对对齐误差很敏感。
Bal e_s^ lrj&60R`w 
Va?i#<a C+g}+ file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run
%P D}VF/Y 4.^ T~n G 第一个随机公差的典型强度分布：（相应的均方根波前差：1.08λ，40.4λ，140λ）
E- [Eg n_Qua|R 
FSm.o?> +Gg|BTTL/ 由于波前差和因此校准的偏差更大，M2值明显增加。可以使用高斯孔径来减少。
P;o {t :)i,K>y3i 总结
l i)6^f# 7B=VH r 实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。
AwjXY,2 1.模拟
FzcXSKHV % 通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。
0G6aF " 2.研究
)z\# 为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。
jXLd#6 3.优化
}79O[& 通过使用显示出高斯整形孔径函数和经典场追迹引擎来优化M2参数。
*hru);OJr 4.分析
w^Yo)"6 通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。
1ANF hl(l 可以使用VirtualLab Fusion非常有效地模拟和分析复杂的光束整形装置，尤其是离轴系统。为此，根据情况应用不同的模拟引擎。
wN58uV ' _cE_\A y 参考文献
ti (Hx [1]M. Serkan, H. Kirkici, and H. Cetinkaya, “Off-axis mirror based optical system design for circularization, collimation, and expansion of elliptical laser beams”, Appl. Optics 46, No. 22, 5489-5499 (2007).
f;Oh"Yt e5 L_<V^Jo 进一步阅读
s .<.6t:G4 LRts
W(A/ 进一步阅读
R~T} 获得入门视频
8["%e#%`$ - 介绍光路图
?&-1(& - 介绍参数运行
Jx~H4y=z 关于案例的文档
|Y05 *!\P* - BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens
0&j90J$` - BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens
9I]Bt=2z - BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing
a #"orc j - BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair
