光束传输
系统（BDS.0005 v1.0）
htF] W|z 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
?Z/V~, 2^ nxoye / y}xX 简述案例
0x@
mZ `d}2O%P 系统详情
Yc ?*dUV
光源 Tyx_/pJT - 强象散VIS激光二极管
h S&R( m 元件
zQ d
2 - 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜）
b8 likP"T - 具有高斯振幅调制的光阑
2P0*NQ 探测器
#@Jq~$N| -
光线可视化（3D显示）
N`e[:[ - 波前差探测
Gyc]?m - 场分布和相位计算
H G^'I+Yn - 光束
参数（M2值，发散角）
AoxA+.O 模拟/设计
S O!8Di - 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算
VMWf>ZU - 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）：
,k3FRes3 分析和
优化整形光束质量
q(84+{>B 元件方向的蒙特卡洛公差分析
Y$ @?.)tY f .)O2= 系统说明
< RL] Qvhl4-XjZa 
Ysv"
6b} 模拟和设计结果
'D1xh ~ . $vK &k 
]t"Ss_, 场（强度）分布 优化后
数值探测器结果
gg2( 5FPP 5r ^(P 
SvF<p3 
xJ .M;SF4 n U7[c| = 总结
6Z"X}L,* x[e<} 8'$( 实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。
_H@DLhH|= 1.模拟
6D3B^.r j] 使用光线追迹验证反射光束整形装置。
j0q &&9/Jj 2.评估
Xsa]. 应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。
Ig{0Z"> 3.优化
Jln:`!#fDf 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。
|vj/Wwr 4.分析
|2A:eI8 ^ 通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。
u=e{]Ax#} ]7A'7p $Y 对于复杂的光束整形装置，特别是离轴系统，可以使用VirtualLab来进行高效的模拟和分析。模拟过程中，根据情况应用不同的模拟引擎。
<N~K ;n
v ;!Fn1|) 详述案例
5|)W. *Q =Dj#gV 系统参数
4CTi]E=H{ GTHt'[t@; 案例的内容和目标
VUuE T 6ik$B 在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。
f
_:A0 qf-8<{T 
< F'\lA9 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。
M <&= S 之后，研究并优化整形光束的质量。
M"L=L5OH- 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。
+lTq^4 |Y.?_lC 模拟任务：反射光束整形设置
UPGtj" 2v- 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。
|DwZ{(R"W rPm x 
Q,Eo mt Pg{J{gn 
`WS&rmq &' D2O~kN d 规格：像散激光光束
K (|}dl: f6p/5]=J26 由激光二极管发出的强像散高斯光束
yf,z$CR 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动
cWm$;`Q#\ qe\5m.k 
vP,n(reM 0n'_{\yz 
~$J2g "r2 r 规格：柱形抛物面反射镜
?V=CB,^ 9-
# R)4_ 有抛物面曲率的圆柱镜
Dt1jW 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面
Gq P5Kx+= 曲率半径等于
焦距的两倍
wuo,kM VxBo1\' 19] E 5'AI 规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型）
)U# K Uw:"n]G]D? 对称抛物面镜区域用于光束的准直
n&!-9:0 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型）
G+m }MOQP7 离轴角决定了截切区域
'c~4+o4co pK4)yu+ 规格：参数概述（12° x 46°光束）
eJX#@`K SS 2%q v 
@}Z Vtrz wgA_38To 光束整形装置的光路图
cH)";] k*- e}W)LP R! 
5IG-~jzCLb 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。
5-A\9UC*@ 因为离轴抛物面镜的位置是相对于它的焦点，那么到反射镜2的距离z必须是负的。
7[wPn`v2 "wc<B4" 反射光束整形系统的3D视图
`0R./|bv\I 4Po_-4 
i -&yH d d;T-wa}
光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。
"Rl}VeDY 绿线表示生成的光轴，由VirtualLab的基础定位方法生成（仅仅设置了距离z和倾角）。
i@'dH3-kO
K>
e7 pu 详述案例
!_(Tq yg& : E?V. 模拟和结果
g\A Y|;T ?h2}#wg 结果：3D系统光线扫描分析
&m vSiyKX 首先，应用光线追迹研究光通过
光学系统。
,z ?':TZ 使用光线追迹系统分析仪进行分析。
ch]29 [00m/fT6 file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd
D)Dr__x :hA#m[ 使用参数耦合来设置系统
=\d ?'dII: dqAw5[qMJ 自由参数：
!&\INl-Z 反射镜1后y方向的光束半径
w*Ihk) 反射镜2后的光束半径
2Rz 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量）
j| Q-*]V 由于功能原理，所有系统参数（距离，焦距，直径）可以由光束参数分析计算。
<-0]i_4sK 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。
@ .KGfNu ?fS9J 
=w^M{W.w mV m Gg, 
oXS}IL
og' (i GTACoF 自由参数：
v8D C21pb 反射镜1后y方向的光束半径
/7LR;>B j 反射镜2后的光束半径
O'~+_ykTl 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量）
:H[6Lg\* 基于光束发散角和直径（x和y方向）焦点，可以计算并设置反射镜的直径和距离z。
Rva$IX ^] t:c.LFrF 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。
B\n[.(].r "I TIhnE qY#6SO`_iy 结果：使用GFT+进行光束整形
aN=B] {! 'H!XUtFs" 
6@Y|"b 1nOCQ\$l 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。
(I}v[W h.fq,em+H 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。
L4f3X~8,b R GX=) 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。
Q7A MRrN yppo6 HGD 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差：
c:g'.'/* {_dvx*M 
,Lt[\_ [8*)8jP3 file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd
a}u Sm/S l@:0e]8|o 结果：评估光束参数
KG5>]_GH 4X v*wB1 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。
8.~kK<)! 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。
a'z7(8$$ 
D,ln)["xm [trwBZ^D~ 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。
fxIf|9Qi` 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）
8x{'@WCG% 2Hv+W-6v file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd
yCX?!E;La 8sCv]|cn 光束质量优化
qjc4.,/ o8vug$=Z 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。
+'w3 =2Bo 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）。
4'Zp-k?5` F }q c0 结果：光束质量优化
188*XCtjQ9 Xs ?o{]Fe 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。
YrKWA $tS}LN_!
MqUH',\3 &!
?eL 然而，光束半径是略有减少。（光束半径显示在最后一张幻灯片是由于其偏离了理想高斯。）
1'\/,Es >dG[G> 
e 3TI|e_ file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd
pHJ3nHLQ \'bzt"f$j 反射镜方向的蒙特卡洛公差
!0cD $^7 O8.5}>gDn. 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。
C2Tyoza bY0|N[ g 这意味着参数变化是的正态
@y&b w9\ DDH:)=;z 
'08=yqy4N # Vha7 对于这个例子，假设每个反射镜都有±0.1°的角度偏差（绝对的方向）。 由于这个偏差，整形光束的波前差明显增加。
{Dmjm{
这意味着，波前对对齐误差很敏感。
6i~WcAs <A'$%`6 m 
>oe]$r 680o)hh4m> file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run
` ^y7f uU25iDn 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@OX_t_ Vy, DN~ag 
9p2&) kb6 ,nB5/Lx 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。
NT I+ & 9 ?\b7 总结
cp J|w3x B .h4 \Y A 实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。
qeZ? 7#Gf 1.模拟
#?9;uy<j.q 通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。
v oj^pzZ 2.研究
EJNU761 为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。
%F4%H|G 3.优化
p"ZG%Ow5Q] 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。
ITT@ , 4.分析
~O &:C{9= 通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。
=rCIumqD-} 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。
b`O'1r\Y; /C G"]!2 " 参考文献
)f<z% :I+Z [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).
}@+:\ exUu7& *: 进一步阅读
X*@dj_, }2<7%FL 进一步阅读
<3C*Z"aQ>| 获得入门视频
4u 5-7[TZ - 介绍光路图
>e [i 5 - 介绍参数运行
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+s DV~\Vu - BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens
JHTSU q - BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens
h' &%>Q2 - BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing
\ Et 3|Iv - BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair
