光束传输
系统（BDS.0005 v1.0）
3smk Y 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
EG u%;[ }Fe~XO` V DFgu 简述案例
E|O&bU Mh N ,~O+ 系统详情
[,=?e
光源 )V1XL - 强象散VIS激光二极管
s*u A3}j 元件
>M<3!?fW) - 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜）
(Y1*Bs[l - 具有高斯振幅调制的光阑
4_#$k { 探测器
g"-j/ c -
光线可视化（3D显示）
~f<'] zXv - 波前差探测
=G-OIu+H!U - 场分布和相位计算
o o'9ZE/% - 光束
参数（M2值，发散角）
66=[6U9 * 模拟/设计
x9lA';}) - 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算
1/dL-"*0 - 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）：
f:;-ZkIU ? 分析和
优化整形光束质量
DV5hTw0 元件方向的蒙特卡洛公差分析
.S` q2C \ }">r0v!3 系统说明
dSDZMB sd \@Wv{0a( 
+k`L8@a3& 模拟和设计结果
;dIk$_FN @Q1!xA^S 
*i" 9D: 场（强度）分布 优化后
数值探测器结果
t3L>@NWG i/>k_mG$d 
O Uv )`K 
yR$_ZXsd 3vrVX<_ 总结
[S6u:;7 `d <`> 实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。
t=%zY~P 1.模拟
(-C)A-Uo& 使用光线追迹验证反射光束整形装置。
VDxm|7 2.评估
aCZ0-X?c 应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。
"P !
.5B 3.优化
geQ!}zXWi 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。
8h]
TI_ 4.分析
yfl?\X{ 通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。
((M,6Q } /?.?1-HM 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。
F^l1WX6 \h
~_<) 详述案例
f_k'@e { 86#l$Q aK{ 系统参数
6,t6~U o/ CJ<nU Iy'z 案例的内容和目标
=2!p>>t,d; %&L1 3: 在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。
\M`qaFan5^ D]~K-[V?l 
:zL )O 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。
CE"/&I 之后，研究并优化整形光束的质量。
Sca "LaW1 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。
Nd0tR3gi7 Tm" H9 模拟任务：反射光束整形设置
~,lt^@a 引入的反射光束整形装置是基于一个反射镜系统，此系统由两个抛物面圆柱反射镜镜与抛物面截面反射镜组成。焦点距离和镜子的位置取决于输入光束的发散角。
Q<sqlh!h IO)Y0J>x 
fe\lSGmf Us`=^\ 
0)&!$@HW 93*csO?Db 规格：像散激光光束
J3yK^@&& Y"FV#<9@7E 由激光二极管发出的强像散高斯光束
eo+<@83 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动
-XYvjW,| )+
<w>pc 
7|}4UXr7y #*h\U]=VS 
TPp]UG GDLw_usV 规格：柱形抛物面反射镜
SVU>q:ab <8WFaP3, 有抛物面曲率的圆柱镜
UytMnJ 8 8 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面
Y j oe| 曲率半径等于
焦距的两倍
oc1BOW z 1Vpti4 OmU m CO1,? 规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型）
xQsxc |k.'w<6mb9 对称抛物面镜区域用于光束的准直
"L3mW=!* 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型）
5dj " UxH 离轴角决定了截切区域
*PF<J/Pr ,`t+X=# 规格：参数概述（12° x 46°光束）
)oIh?-WL Pb&tWv\ql 
]N'3jf`W zQ,rw[C"W 光束整形装置的光路图
UA<F xt kmC@\xTp 
ggD T5hb 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。
}`qAb/Ov 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。
D4VDWv 5` ^@k< 反射光束整形系统的3D视图
_a$qsY w/|&N>ZOx 
fo ~uI(rk 'AA 9F$Dz
光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。
v@qP &4Sp 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）。
vPDw22L;' (p>|e\(]0 详述案例
<YvXyIs ^ oi']O 模拟和结果
"\wM s X%yG{\6: 结果：3D系统光线扫描分析
<Kt_
oxK, 首先，应用光线追迹研究光通过
光学系统。
](F ey0 @ 使用光线追迹系统分析仪进行分析。
]PS`"o,pF$ >~o- 6g file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd
2+9VDf2 zsp%Cz7T 使用参数耦合来设置系统
l*l*5hA PYCN3s#Gi 自由参数：
w;lpJ B\ 反射镜1后y方向的光束半径
~HmH#" VP 反射镜2后的光束半径
uSfHlN4l 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量）
Tz1^"tx9 由于功能原理，所有系统参数（距离，焦距，直径）可以由光束参数分析计算。
B|m)V9A%- 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。
s|\)Y*B` wtS*-;W 
xO|r<R7d7 s+:|b ~ 
)ce 6~ p!pf2}6Fd 自由参数：
#Y=^4 U` 反射镜1后y方向的光束半径
Bve|+c6W 反射镜2后的光束半径
4\n
~
视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量）
' D 21A8*N 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。
Go%Z^pF3CO x?L[*N_ml 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。
N`W[Q>n YPGM|| av'm$I|O 结果：使用GFT+进行光束整形
M`Q$-#E: (4FVemgy 
e"hfeNphz <D a-rv 8 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。
H~FI@Cf$L 'WW:'[Syn' 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。
.I^4Fc }&4 QoYEWXT|g 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。
Wj.t4XG! %5e| 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差：
fOi
Rstci p]kEH\
sh 
^+yz}YFM x X&B&"]5 file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd
M+%Xq0`T x17 :~[c'] 结果：评估光束参数
iM!2m$'s & 'u|^d 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。
_*AI1/>` 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。
5C dn
j 
Kg 6J:HD49 &@lfr 623 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。
Cfi4~ & 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）
ZXx1S?u 0z/*JVka file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd
PaKa bPY JSB+g; 光束质量优化
"WKOlfPa &. =8Q? 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。
5M>h[Q"R 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）。
c 4AJ`f.5 {8.Zb NEJ
结果：光束质量优化
M@T{uo qxI $F 由于通过高斯孔径传播，光束显示出理想高斯形状。 因此，M2值在两个方向上几乎都是1。
"w? 0f[" %V=%ARP| 
^0zfQu+! c+ZO C8R 然而，光束半径是略有减少。（光束半径显示在最后一张幻灯片是由于其偏离了理想高斯。）
eay|>xa2 +mrLMbBiD 
l9 \W=-' file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd
{<{VJGY7T h3
H Udu 反射镜方向的蒙特卡洛公差
o<5`uV!f .'`aX
7{\ 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。
2q[pOT'k _WNbuk0 这意味着参数变化是的正态
9JdJn> ;87PP7~ 
x{;{fMN1 7I
~O| Mw 对于这个例子，假设每个反射镜都有±0.1°的角度偏差（绝对的方向）。 由于这个偏差，整形光束的波前差明显增加。
B=O zP+ 这意味着，波前对对齐误差很敏感。
}-tJ .3Zw ku,{NY
f^Y 
V<
F &\ /%cDX:7X file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run
5ih>x3S1/ b"$?(Y 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）
H@-q NjM JLm3qIC 
\HB
fM& :Fhk$?/r 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。
^1 ){
@( +Kgl/Wg% 总结
Y%/RGYKh Un8' P8C 实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。
r]Hrz'C` 1.模拟
Tbm
~@k(C 通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。
[ C EV&B 2.研究
.QP`Qn6 (P 为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。
=+_nV O* 3.优化
/}1|'?P 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。
-o~z b-E 4.分析
j)/Vtf 通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。
pmP~1=3 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。
V(Pw|u"
e !% $[p' 参考文献
Y*@7/2, [1]M. Serkan, H. Kirkici, and H. Cetinkaya, “Off-axis mirror based optical system design for circularization, collimation, and expansion of elliptical laser beams”, Appl. Optics 46, No. 22, 5489-5499 (2007).
T"P}` mT 9X*Z\- 进一步阅读
Aq(cgTNW s 4rva G@a 进一步阅读
(^W}uDPCB 获得入门视频
S$SCW<LuN - 介绍光路图
rL\}>VC) - 介绍参数运行
hbYstK;]Z 关于案例的文档
D 6'd&U{_ - BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens
:JSxsA6 k - BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens
7[=G;2< - BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing
jS]Sa qd - BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair
