光束传输
系统（BDS.0005 v1.0）
FQE(qltf, 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
Y Xh!+} o}f$?{)| }W(t> > 简述案例
1C]BaPbL NB86+2stu 系统详情
lDF7~N9J_
光源 1_ ]%, - 强象散VIS激光二极管
sY ?wQ: 元件
(d* | |" - 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜）
Sfp-ns32%A - 具有高斯振幅调制的光阑
fZLAZMrM 探测器
; Bw3@c -
光线可视化（3D显示）
}n#$p{e$i - 波前差探测
,U+>Q!$`\^ - 场分布和相位计算
U!K#g_} - 光束
参数（M2值，发散角）
(
z F_< 模拟/设计
g!r) yzK - 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算
?^^TR/ - 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）：
N3a ]!4Y\ 分析和
优化整形光束质量
NS TO\36 元件方向的蒙特卡洛公差分析
J!dv"Ww" A: (qF.Tm 系统说明
52,'8`
] fY #Y n 
Q`4I a<5B 模拟和设计结果
NR- <2
e3 O*B9 Bah 
eNM"e- 场（强度）分布 优化后
数值探测器结果
.3@Pz]\M#> %qqeL 
hJw]hVYa 
@`Dh 7Q 3H 4T*&9;n 总结
"(kiMo g- -mo4 `F 实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。
u6IM~kk>5 1.模拟
/TIt- c 使用光线追迹验证反射光束整形装置。
Ol>/^3 a= 2.评估
$
9E"{6;@ 应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。
&%k_BdlkQ 3.优化
PI,2b(`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。
~ahu{A 4Bw 4.分析
V`YmGo 通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。
A`>^A]% !x||ObW\H 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。
$(08!U
7 s2*VKr 详述案例
_F^ NX % 5lM 3In@ 系统参数
:<0lC j olXfR-2>1 案例的内容和目标
i=pfjC 5LU7}v~/ 在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。
fD8 GAav $?V YHkX 
U2~|AkL 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。
hewc5vrL 之后，研究并优化整形光束的质量。
"GJ.`Hj 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。
vB M<M3 PpNG`_O 模拟任务：反射光束整形设置
1|>bG#| 引入的反射光束整形装置是基于一个反射镜系统，此系统由两个抛物面圆柱反射镜镜与抛物面截面反射镜组成。焦点距离和镜子的位置取决于输入光束的发散角。
+JXn /rK/ l 
MU:v& sk !|9k&o 
f'`y-]"V5) 9 8 uMD 规格：像散激光光束
{!wd5C@ )| 5mW 由激光二极管发出的强像散高斯光束
I?%#`Rvu 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动
/5
OQ0{8p i 1]}Q$ 
bX5/xf$q 73{<;z}i 
Gf9O\wrs *TCV}=V G 规格：柱形抛物面反射镜
hQNUA|Q=% Wg8*;dvtM 有抛物面曲率的圆柱镜
1}p :]/; 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面
9\kEyb$F= 曲率半径等于
焦距的两倍
lR`.V0xA $?LegX nf:wJ-;* 规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型）
j<9^BNl d?cCSf 对称抛物面镜区域用于光束的准直
*xKy^f 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型）
]!/R tt 离轴角决定了截切区域
1$:O9 {F R4zOiBi'B 规格：参数概述（12° x 46°光束）
BE0Xg 60D 6UW 
9 OlJC[ hVJ}EF 0 光束整形装置的光路图
^(BE_<~ #&z'?x^a 
?f!&M 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。
>{Xyl): 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。
H6KBXMYO f N9uSnu
反射光束整形系统的3D视图
O>"
|5 wj _BCq9/ 
1p<*11 z$(`{
o%a
光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。
*w6F0>u 绿线表示生成的光轴，由VirtualLab的基础定位方法生成（仅仅设置了距离z和倾角）。
wX!0KxR/Z u_o] \D ~ 详述案例
ogV v 8Xb VmXXj6l& 模拟和结果
SxkY ;^-U [EQTrr(
D 结果：3D系统光线扫描分析
(ti E%nF+ 首先，应用光线追迹研究光通过
光学系统。
M `) 3(|4 使用光线追迹系统分析仪进行分析。
zOy_qozk "od 2i \ file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd
r*FAUb`bG j|[ >f 使用参数耦合来设置系统
\"Qa)1 | f %q ? 自由参数：
{ /
,?3 反射镜1后y方向的光束半径
x}{O9LiR 反射镜2后的光束半径
_d>{Hz2 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量）
^t `0ul]c 由于功能原理，所有系统参数（距离，焦距，直径）可以由光束参数分析计算。
X3~@U7 DU 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。
/7ykmW L_M(Lj 
:*t5? B f.- 5 
8RS@YO V LfKN)g 自由参数：
_Y)Wi[ 反射镜1后y方向的光束半径
bH% d* 反射镜2后的光束半径
E0u&hBd3_ 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量）
I(z16wQ 基于光束发散角和直径（x和y方向）焦点，可以计算并设置反射镜的直径和距离z。
#f_. 3A.lS+P1 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。
s+h}O}RV Bt(nm> Ng uu/2C \n} 结果：使用GFT+进行光束整形
o76{;Bl\ O : xY9eq= 
ghTue*A K :>O X 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。
'{)Jhl47 +.-mqtM 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。
ezS@`_pR; 9vCCE[9 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。
w/9%C(w6 HI[Pf%${ 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差：
S.?DR3XLc #1WCSLvtV 
`(E$-m-~jH gN]\#s@[ file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd
/*t H$\6* &7r a 结果：评估光束参数
@]Ac >& P#[?Kfi 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。
s?
2ikJq 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。
.X:,]of 
9|m:2[ "|? v^Rw9*w{ 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。
+fQJ#?N2n 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）
/. >%IcK
dfh 1^Go file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd
, }NTV ~ bL5u;iy) 光束质量优化
Q(x/&]7=V '1~;^rU 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。
fm!\**Q1 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）。
D&qJ@PR `]a0z|2'! 结果：光束质量优化
JoD@ e[( o/&
IT(v 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。
m>*~ tP 7R5 +Q\W 
]<S{3F= }T}xVd0 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。）
AS'+p %( yI^7sf7k 
Fh/ sD? file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd
yD@1H(yM *Rxn3tR7 反射镜方向的蒙特卡洛公差
Mh {>#Gs l(\F2_,2W 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。
` $q0fTz tq 51;L 这意味着参数变化是的正态
I+31:#d s'bTP(wl9 
p1W6 s0L +,TrJ g 对于这个例子，假设每个反射镜都有±0.1°的角度偏差（绝对的方向）。 由于这个偏差，整形光束的波前差明显增加。
"=V!-+*@G@ 这意味着，波前对对齐误差很敏感。
>*Ej2 ex Eu%E2 A|`I 
k= &n>P whm| "}x)u file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run
fB]NEx|o~ rK |(" 第一个随机公差的典型强度分布：（相应的均方根波前差：1.08λ，40.4λ，140λ）
Ejnk\ 8: |*Oi:)qt 
X, {[R | y>) c?9X 由于波前差和因此校准的偏差更大，M2值明显增加。可以使用高斯孔径来减少。
W Bb*2 Ty#sY'% 总结
hDQk z qW ZB} A^X 实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。
J~50#vHY 1.模拟
_ {6l} 通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。
)uM v] 2.研究
! ~V^GlY 为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。
'sE["e C 3.优化
{R_ <m$ 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%$9"E 4.分析
.Lu3LVS 通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。
s+z 5"3'n 可以使用VirtualLab Fusion非常有效地模拟和分析复杂的光束整形装置，尤其是离轴系统。为此，根据情况应用不同的模拟引擎。
\ A)Pcc}7 oB~V~c}8x 参考文献
Et0)6^-v [1]M. Serkan, H. Kirkici, and H. Cetinkaya, “Off-axis mirror based optical system design for circularization, collimation, and expansion of elliptical laser beams”, Appl. Optics 46, No. 22, 5489-5499 (2007).
Zxozhmg b*/Mco 9O 进一步阅读
`zB bB^\`W GLX{EG9Z 进一步阅读
I AmZ_2 获得入门视频
E0yx
@Vx - 介绍光路图
Od:-fw - 介绍参数运行
H6Bw3I[ 关于案例的文档
29m$S 7[ - BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens
wNn=JzP - BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens
Z`U+ a - BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing
uGm?e]7Hx< - BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair
