光束传输
系统（BDS.0005 v1.0）
}*? yHJ3 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
w@87]/ 4Rq m, \i ] b}B~jD 简述案例
Gh2#-~|c B ;l$9gD>R 系统详情
*6NO-T; -
光源 EYA/CI - 强象散VIS激光二极管
}16&1@8 元件
Z+Kv+GmqH - 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜）
IeO-O'^&` - 具有高斯振幅调制的光阑
:9(3h" 探测器
+c-6#7hh -
光线可视化（3D显示）
^Y$QR] - 波前差探测
V@B7 P{gH - 场分布和相位计算
%,33gZzf - 光束
参数（M2值，发散角）
BTO A &Ag 模拟/设计
)\8URc| J - 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算
3 t/ R 2M - 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）：
Hr(6TLNw 分析和
优化整形光束质量
DP|TIt ,Rl 元件方向的蒙特卡洛公差分析
):/,w!1 :M@Mmp Ph 系统说明
DLU[<! C Sb p 
Kl2}o |b 模拟和设计结果
])eOa% <'W=]IAV 
>H$;Z$o*( 场（强度）分布 优化后
数值探测器结果
p Z"o@';! xtOx|FkYcl 
BlL|s=dlQV 
{z= j_;<] -RGPt D@ 总结
'c#IMlv pG(Fz0b{ 实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。
it~Z|$ 1.模拟
itw{; j 使用光线追迹验证反射光束整形装置。
i^R{Ul[ 2.评估
tzPC/? 应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。
Rl1$?l6R f 3.优化
e$HQuA~Q; 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。
+)zDA:2Wa" 4.分析
}X.>4\B5 通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。
`N$!s7 M k'g $2 对于复杂的光束整形装置，特别是离轴系统，可以使用VirtualLab来进行高效的模拟和分析。模拟过程中，根据情况应用不同的模拟引擎。
?<!
nm&~ {>/)5 AGs 详述案例
NaF(\j 7 %3<~'v[ 系统参数
b Q<b[ )AJ=an||5 案例的内容和目标
V`by*s i =-8@ 在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。
!Qcir&]C> YwGH G{?e 
3I]Fdp)' 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。
w DMjk2 YN 之后，研究并优化整形光束的质量。
A?DB#-z.r 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。
|gW
V'j@K!)~xR 模拟任务：反射光束整形设置
nx B32 引入的反射光束整形装置是基于一个反射镜系统，此系统由两个抛物面圆柱反射镜镜与抛物面截面反射镜组成。焦点距离和镜子的位置取决于输入光束的发散角。
DKTD Z* qJ
95 
zFywC-my@ 7D 
ocwE _dR{ %&tb 9_T)d 规格：像散激光光束
Ew]<jF|.# 1Fs-0)s8 由激光二极管发出的强像散高斯光束
Ssf+b!e] 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动
z{|LQt6q 5KJ%]B(H2 
B Ra{\R^I h8j B=e, H 
` 5#h jLe a8zZgIV 规格：柱形抛物面反射镜
TY~Vi OC 3b@VY'P 有抛物面曲率的圆柱镜
(UGol[f< 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面
ddoFaQ8 曲率半径等于
焦距的两倍
O:e#!C8^ Tm_8<$ 7 \_ 9rr6^ " 规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型）
e #M iaX 4jGLAor| 对称抛物面镜区域用于光束的准直
oNIFx5*Z 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型）
%'0&ElQ 离轴角决定了截切区域
qp&4 1 bAiJn< 规格：参数概述（12° x 46°光束）
(sCAR=5v\ k;H nu 
Xpl?g=B&u ,Kw5Ro`I: 光束整形装置的光路图
CW-A e `%=<R-/#7S 
K &dT(U 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。
NAJVr}4f 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。
A=X-;N# %i"}x/CD[ 反射光束整形系统的3D视图
[7.agI@ = f-D>3q SS 
1TZPef^y
\b old"
光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。
7@l<?
( 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）。
k':s =IXW NXI[q 'y 详述案例
!Lkm? ( _ ;LQ9#M? 模拟和结果
m$:&P|!'p >DP:GcTG 结果：3D系统光线扫描分析
74f9|~% 首先，应用光线追迹研究光通过
光学系统。
~5 >[`) 使用光线追迹系统分析仪进行分析。
sS9%3i/ > wf9z"B file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd
$ r79n- N4wA#\- 使用参数耦合来设置系统
1bSD,;$sQ
10O$'` 自由参数：
;#/0b{XFj 反射镜1后y方向的光束半径
EB,4PEe: 反射镜2后的光束半径
Q9sl fQ 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量）
*aRX \ TnN 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。
re`t ]gzb 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。
|=5/Rax ^ CT*,<l-D 
hs(W ;tR@W g _z/{1$ 
; `UecLb# F o}7hab 自由参数：
.=<$S#x^Hb 反射镜1后y方向的光束半径
]db@RbaH 反射镜2后的光束半径
1mH\k5xu 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量）
~uj;qq 基于光束发散角和直径（x和y方向）焦点，可以计算并设置反射镜的直径和距离z。
o2uj =Gnx RU&_j* U 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。
T ):SGW +sZUJ y%cO# P @ 结果：使用GFT+进行光束整形
0LL c 1t>} /:[2'_Xl 
e @n!x}t8 0 X9Y~TM% 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。
<Q5Le dN J4aB Pq` 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。
~cqryr9
M1! pQC_9 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。
M+xdHB g ;3m!:l
产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差：
thW< ;[$n=VX` 
m,_d^ t"AzI8O file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd
HeA{3s I021p5h| 结果：评估光束参数
0 f/.>1M= cAuY4RV 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。
~?Omy8# 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。
tE"Si<[]H$ 
MI#mAg< f CcD&<% 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。
Y+-xv x
: 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）
E4[}lX} R; } 22s file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd
LE=k ma& To= 光束质量优化
K%j&/T j1 buMq F-j 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。
d&(_|xq# 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）。
r)T[(D'Tm- kQv*eZ~ 结果：光束质量优化
\\4Eh2
Y l{WjDed 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。
y L1bS|@ nU
z7|y 
:@3Wg3N rOfK~g,X 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。）
W WG /k17 q6q1\YB 
Y}STF file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd
f4('gl9 !|G(Yg7C 反射镜方向的蒙特卡洛公差
=Agg_h NAFsFngqH 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。
SU%DW 4 6 YJF#)TkF 这意味着参数变化是的正态
RW7(r/C PX,rWkOce 
j
tA*pL'/V n!ok?=(kQ 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。
-_^c6!i 这意味着，波前对对齐误差很敏感。
l=P'B
@, 4Yjx{5QSAG 
N2,D:m \ `NNf&y)y file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run
sd0r'jb {rH9grb 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）
EeQ5vqU f-RK,#^?, 
+8P,s[0<R_ 4dh+ 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。
w!3>N"em ~,gXa w 总结
5\4g>5PD :`,3h% 实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。
2y GOzc 1.模拟
lC?Icn| o 通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。
sq0 PBEqq 2.研究
a}nbo4jK 为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。
X" R<J#4 3.优化
r.3KP iYK 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。
i6PM<X,{; 4.分析
_D!g4" 通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。
)ZR+lX } 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。
^>$P)=O:v I=Zx"'Um 参考文献
6j9)/ H P [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).
V M=+afY5M #;tT8[Ewuw 进一步阅读
QB{rVI>mI! NY B[Zyp 进一步阅读
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