光束传输
系统（BDS.0005 v1.0）
7Zu!s]t 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
KM0#M'dXy C F42 KNq SfL,_X]* 简述案例
Z"!C b> 2u>4 系统详情
%WCpn< )
光源 Z[({; WtF - 强象散VIS激光二极管
z=ppNP0 元件
u3k+ Xg: - 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜）
},i? 3dSvl - 具有高斯振幅调制的光阑
Z Q20IY |, 探测器
L9r 3jz -
光线可视化（3D显示）
79x^zqLb - 波前差探测
z 9dVT' - 场分布和相位计算
HHE FX9u - 光束
参数（M2值，发散角）
`f c*/D 模拟/设计
wEDU*}~ - 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算
lc5NC;JR - 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）：
]"CA P% 分析和
优化整形光束质量
j./bVmd . 元件方向的蒙特卡洛公差分析
Rut6m5> P"i qP| 系统说明
NqF-[G< Nr(WbD[T 
W8":lpp 模拟和设计结果
*$l8H[ zNXk dw 
;[9cj&7C< 场（强度）分布 优化后
数值探测器结果
z6{0\#'K +pe_s& 
h/_z QR- 
~^5uOeTZ~ s#qq%
@ 总结
K}Z'!+ <U `L;I/Hp 实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。
le[5a=e( 1.模拟
&12aI |u^< 使用光线追迹验证反射光束整形装置。
<M \Z}2 d 2.评估
Hss{Sb( 应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。
dR=SW0Oa{ 3.优化
?$s2] }v 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。
* i$+i 4.分析
MPGQ4v i& 通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。
BO[A1'> )?TJ{'m 对于复杂的光束整形装置，特别是离轴系统，可以使用VirtualLab来进行高效的模拟和分析。模拟过程中，根据情况应用不同的模拟引擎。
S3oU7*O Z {'}Ofj 详述案例
& =7 ur ;hZ( 20 系统参数
9X *q^u 75 v*& - 案例的内容和目标
[R Ch7FE23 nwkhGQ 在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。
.#Sd|C]R7 Y*AHwc<w` 
A!^,QRkRN 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。
mV4} - 之后，研究并优化整形光束的质量。
OVivJx 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。
` 8 6b Fvv6<E 模拟任务：反射光束整形设置
"3>#[o 引入的反射光束整形装置是基于一个反射镜系统，此系统由两个抛物面圆柱反射镜镜与抛物面截面反射镜组成。焦点距离和镜子的位置取决于输入光束的发散角。
U>I#f i$NnHj| 
tx.YW9xD mC93
&0 
Q,DumOq $L`7 J$'^ 规格：像散激光光束
)1i)I?m %%3ugD5i! 由激光二极管发出的强像散高斯光束
eVlI:yqppj 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动
Cy2X>Tl"<E ~&q e" 0 
\Lc]6?,R ahf$#UQLb 
P] x@h
&#)3 v8 规格：柱形抛物面反射镜
- 0Q!:5EC |0bSxPXn! 有抛物面曲率的圆柱镜
]O \6.>H 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面
+0 a',`yc 曲率半径等于
焦距的两倍
MR~BWH?@ 1 "vJADQ4F Q^ F-8 规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型）
P&S R;{:y 0- #ct1- 对称抛物面镜区域用于光束的准直
tN0>5'/ 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型）
!eO?75/ 离轴角决定了截切区域
ofi']J{R =o-q u^T^u 规格：参数概述（12° x 46°光束）
.9E`x>C Q{a!D0;4v 
@z,'IW74V kOc'@;_O 光束整形装置的光路图
-`gC?yff: #" OKO6] 
tJn2:}-s 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。
9 o18VJR 因为离轴抛物面镜的位置是相对于它的焦点，那么到反射镜2的距离z必须是负的。
Z*Y?"1ar ht-6_]+ME 反射光束整形系统的3D视图
-y AIrvO1q Ue\& 
7oWv' C/w;g3
光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。
/bb4nM_E/ 绿线表示生成的光轴，由VirtualLab的基础定位方法生成（仅仅设置了距离z和倾角）。
LRI_s>7 \\T
I4A^# 详述案例
;L)}blN. R5Fj J>JE 模拟和结果
msCAC*;, %DN& K 结果：3D系统光线扫描分析
xM*v! J, 首先，应用光线追迹研究光通过
光学系统。
V&>7i9lEz 使用光线追迹系统分析仪进行分析。
C&SYmYj^c 6SmSu\lgV file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd
*?8Q:@: V?gQ`( , 使用参数耦合来设置系统
8sIGJ|ku vS0P] AUo 自由参数：
9}\T?6?8pX 反射镜1后y方向的光束半径
;js7rt 反射镜2后的光束半径
);6zV_^! 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量）
vKW%l 由于功能原理，所有系统参数（距离，焦距，直径）可以由光束参数分析计算。
jv7zvp 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。
Z4e ?zY RDZq(r Kc 
e 9:l EbW7Av 
(&B &
V x|Ei_hI- 自由参数：
J^W.TM&q$, 反射镜1后y方向的光束半径
oYF8:PYB 反射镜2后的光束半径
qle\c[UM5 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量）
<O*q;&9 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。
QL)UPf >Kp J3zb_!PPE 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。
qV}zV\Nz toCN{[ !9!N s(vUM 结果：使用GFT+进行光束整形
YF" D;. }C'z$i( y 
,Bta ) mrJQB I+ 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。
a@7we=! &3JbAJ |;X 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。
$nVTN .k W$3p,VTMmB 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。
+-oXW>`& p;p G@Vg 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差：
USbiI % xJ 3#k; 
n*;I2 FV] #e#8I7P file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd
'*T7tl qvt~wJ f< 结果：评估光束参数
Ri,UHI4 W C*KRu`t 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。
lf Giw^ 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。
'UB<;6wy 
&&m%=i.qK ja:%j&: 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。
tVe*J@i\$ 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）
MAR;k?d [Ea5Bn;~! file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd
F;z FKvn E:i3
/Ep? 光束质量优化
KavRW.w ~MXPiZG? 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。
$<y b~z7J 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）。
<y!B O jf})"fz-* 结果：光束质量优化
k _^d7yH ~U^0z|. 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。
"'PDreS g<,|Q5bK 
TX*P*-' PGybX:L 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。）
Vb1@JC9b 2=#O4k.@ 
")LF;e file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd
c XY!b=9 Z|~<B4#c 反射镜方向的蒙特卡洛公差
nmgW>U0jZh hwO]{)% 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。
PM_q"}- $GYy[- .` 这意味着参数变化是的正态
]=pEs6%O3 9@S
icqx
# - kyZ ucMl>G'!gX 对于这个例子，假设每个反射镜都有±0.1°的角度偏差（绝对的方向）。 由于这个偏差，整形光束的波前差明显增加。
ikY=} 这意味着，波前对对齐误差很敏感。
PvA%c<z lh5k@\X 
G q:7d]c~T x^SE>dy ?z file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run
."h;H^5 Tn-H8;Hg 第一个随机公差的典型强度分布：（相应的均方根波前差：1.08λ，40.4λ，140λ）
gHm ^@ f[%iRfUFw 
@@I2bHy vb )JZfC&, 由于波前差和因此校准的偏差更大，M2值明显增加。可以使用高斯孔径来减少。
jm*v0kNy J"SAA0)@ 总结
-Y+[`0$ ' G& ;W 实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。
8HWY]:| oh 1.模拟
,>Yz1P)L 通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。
iPs()IN.O 2.研究
I=b#tUBh8 为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。
tBf u{oC 3.优化
9t)t-t#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。
$y`|zK|G- 4.分析
QA LMF rWH 通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。
s~TYzfA 可以使用VirtualLab Fusion非常有效地模拟和分析复杂的光束整形装置，尤其是离轴系统。为此，根据情况应用不同的模拟引擎。
NcPzmW{#;g tw.%'oJ7 参考文献
M , <%j [1]M. Serkan, H. Kirkici, and H. Cetinkaya, “Off-axis mirror based optical system design for circularization, collimation, and expansion of elliptical laser beams”, Appl. Optics 46, No. 22, 5489-5499 (2007).
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R x-q er- 进一步阅读
m6J Iq}CMb 1ra}^H} 进一步阅读
yhTe*I=Gk 获得入门视频
|" ck;.) - 介绍光路图
2Gx&ECa, - 介绍参数运行
NW~n+uk5v 关于案例的文档
8IVKS> - BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens
w%L0mH2]ng - BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens
8^HMK$ - BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing
|_2O:7qe - BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair
