光束传输
系统（BDS.0005 v1.0）
"@(58nk 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
T)`gm{T -P2 @mx% ^<!Ia 简述案例
X@cSP7b .-J`d=Krp 系统详情
{798=pC<.
光源 t`uc3ta"9 - 强象散VIS激光二极管
iL+y( ] 元件
q v.n9 9?] - 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜）
+9TV: T - 具有高斯振幅调制的光阑
g083J}08 探测器
OqtQA#uL -
光线可视化（3D显示）
(Bsw/wv - 波前差探测
70{RDj6{ - 场分布和相位计算
h5 j<u - 光束
参数（M2值，发散角）
UB a- 模拟/设计
$%B5$+ - 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算
6I"C~&dt - 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）：
*g*VC O 分析和
优化整形光束质量
Trpgx 元件方向的蒙特卡洛公差分析
nVNs ][ 'w:bs ! 系统说明
$<:'!#% Jlz9E|*qV 
RTZ:U@
模拟和设计结果
&h\7^=s. whw{dfE 
2g0K76=Co: 场（强度）分布 优化后
数值探测器结果
Y^yG/F )]3L/ 
ve6x / PD 
>C:If0S4X ]uAS+ shQ& 总结
<;aJ#qT )}q uw"H 实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。
|J\,F.{' 1.模拟
b22LT52 使用光线追迹验证反射光束整形装置。
+3)[> {~1Z 2.评估
CGk I\E 应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。
vsc&Ju%k 3.优化
wz h. $?~ 利用一个具有高斯形状孔径函数的光阑和经典场追迹引擎来优化M2参数。
72u db^ 4.分析
\<=IMa0 通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。
*{Yh6 { 6 A.P6DW 对于复杂的光束整形装置，特别是离轴系统，可以使用VirtualLab来进行高效的模拟和分析。模拟过程中，根据情况应用不同的模拟引擎。
j!7Qw 8 J+lGh9G 详述案例
(m/aV T30Zk *V 系统参数
^g[J*{+!W }DbE4"^K7 案例的内容和目标
-(
(Z@T1k I
ld7 }R 在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。
xFU5\Zuw b#A(*a_gN 
uS&LG#a 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。
Hk~k@W ft 之后，研究并优化整形光束的质量。
Hxn<(gd
G 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。
A*R n <{U ] {Z8 模拟任务：反射光束整形设置
qrp b[)Ll 引入的反射光束整形装置是基于一个反射镜系统，此系统由两个抛物面圆柱反射镜镜与抛物面截面反射镜组成。焦点距离和镜子的位置取决于输入光束的发散角。
5=Suj*s{D# z(r K^RT 
SD^E7W$? F(;jM( 
l 1|~ #cO+ <1 规格：像散激光光束
3T?f5+@I j3{HkcjJG 由激光二极管发出的强像散高斯光束
)d:K:YXt 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动
KxX[ S.C 5a6VMqQ6 
Ox|TMSb^ 4~*Y];!Q 
><K!~pst} 1|]x o3j"' 规格：柱形抛物面反射镜
]x@~-I ) /'\;8A$J` 有抛物面曲率的圆柱镜
HA1]M`& 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面
L{<7.?{Y 曲率半径等于
焦距的两倍
QkL@JF]Re <}]{ ~y ,z[(k" 规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型）
ewym 1}o Za0gs @$ 对称抛物面镜区域用于光束的准直
~#q;bS 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型）
M%|f+u & 离轴角决定了截切区域
a*s\Em7f kN.B/ itvA 规格：参数概述（12° x 46°光束）
aHC%19UN rH.gF43O: 
gB >pd?d V_f` 0\[x 光束整形装置的光路图
G5;V.#"Z[ +6o G@ 
P5Dk63z] 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。
Oy%Im8.-A# 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.0]1 _ eiF@G 反射光束整形系统的3D视图
n/ AW?' ).Gd1pE 
lJ&y &N<O h R~v
光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。
"wINBya'M 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）。
l&Q!mU} &[~[~m| 详述案例
N+J>7_k fhr-Y'
模拟和结果
;ct U&` (Q_2ODKo 结果：3D系统光线扫描分析
Y"*:&E2)r 首先，应用光线追迹研究光通过
光学系统。
G0/>8_Q>Nr 使用光线追迹系统分析仪进行分析。
:Y^I]`lR" |xeE3,8 file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd
{ *$9, s:b" \7 使用参数耦合来设置系统
C_Gzv'C"L 'evv,Q{87 自由参数：
>A=\8`T^ 反射镜1后y方向的光束半径
sOz sY7z3Z 反射镜2后的光束半径
n`.#59-Hx 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量）
/AR]dcL@76 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。
ZF'HM@cfo 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。
Q6x% $H;+}VQ 
)*D 'csGc + K k@Q 
?ZX!7^7 !DcX8~~@ 自由参数：
^mf jn-=3 反射镜1后y方向的光束半径
B6%&gXr\ 反射镜2后的光束半径
jI0]LD1k 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量）
y<*-tZV[ 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。
l[*sHi nh0&'hA 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。
1.0J2nZpt q% E C TGpSulg 7 结果：使用GFT+进行光束整形
mp:m`sh*i l#xw.2bo 
h'!V8'}O? d1bhJK 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。
LS6ry,D" 7 >3P9 i ;W 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。
tT-=hDw enumK\ 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。
VY igxhP7 iC*U $+JG 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差：
O n%,l s.rT] 
-)RJ\V^{9 n_P(k-^U* file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd
?!7
SzLll #HG&[Ywi 结果：评估光束参数
f[}|rf } #
Xi`<{ 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。
[+Un ^gD 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。
RJPcn)@l 
jb 3.W i| 4_ m 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。
TPK @*9rI 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）
|D<+X^0' sg$4G:l file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd
j sZY{s= 5~U:@Tp 光束质量优化
y ||@?Y r=$ gT@ 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。
BKZ v9 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）。
vgo{]:Aj{ xFwXW ) 结果：光束质量优化
?Pnx ~m{%* D$hQyhz' 由于通过高斯孔径传播，光束显示出理想高斯形状。 因此，M2值在两个方向上几乎都是1。
~6sE an3p :~33U)?{T 
<r;o 6>+ rhoeZ 然而，光束半径是略有减少。（光束半径显示在最后一张幻灯片是由于其偏离了理想高斯。）
+6376$dC 50,Y 
Z pWu,1 file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd
nsl*Dm"*F 1J'pB;.]s 反射镜方向的蒙特卡洛公差
045\i[l= EzpwGNfz } 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。
J#( ,0 h |[ocyUsxX 这意味着参数变化是的正态
}P. K2ku 0I^Eo| 
*%?d\8d @G(xaU'u 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。
s|gp 这意味着，波前对对齐误差很敏感。
@'HT;Q!\Vd Q"'V9m7
i 
*]2R.u ^W}MM8
' file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run
9gR.RwR X /x/4 NeD 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）
B@-"1m~la? K7G m-= % 
P}l#VJWp fkG## ! 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。
8nsZ+,@+[ phS>T 总结
!
]\2A.b[ >fbo
r'| 实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。
M8zE3;5 1.模拟
AWL[zixR 通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。
~lk@6{`l|1 2.研究
3 &9zGy{V+ 为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。
] 9@X? q 3.优化
f8#*mQ 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。
7t3X`db 4.分析
iN`6xkY 通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。
)7w@E$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。
bKByU{t K
plM['uF 参考文献
S\b K+ [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).
wibwyzo rg*^w! 进一步阅读
D2)i3vFB ZMe}M !V 进一步阅读
{wv&t R; 获得入门视频
f)U6p - 介绍光路图
u{P~zyx - 介绍参数运行
k#?| yP: 关于案例的文档
lvx]jd\ - BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens
)^";BVY - BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens
wn1,
EhHt - BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing
Mlwdha0 - BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair
