光束传输
系统（BDS.0005 v1.0）
=hG JAU 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
CL1
oAk LXNQb6! 7`dY 1.rq 简述案例
U!0E_J hiN/S|JN8y 系统详情
BGzO!s*@j
光源 ?@DNsVwb - 强象散VIS激光二极管
[@|be.g 元件
ZV(
w - 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜）
qv ux hz F - 具有高斯振幅调制的光阑
`m, Ki69. 探测器
)88nMH- -
光线可视化（3D显示）
\K }aQKB/j - 波前差探测
SOj`Y|6^: - 场分布和相位计算
Wcn[gn< - 光束
参数（M2值，发散角）
b2s~%}T 模拟/设计
y l/a:Q - 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算
"{ FoA3g| - 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）：
${>DhfF 分析和
优化整形光束质量
4.'JLArw 元件方向的蒙特卡洛公差分析
|Euus5[ n_9x "m$ 系统说明
r.<JDdj HY*\ k# 
<xqba4O 模拟和设计结果
hf v%,,e 0D~=SekQ 9 
@RVOXkVo 场（强度）分布 优化后
数值探测器结果
KuXkI;63J> )$_,?*fq: 
(tKMBxQo8 
8^vArS; o%qkq K1 总结
hDvpOIUL1 C C#C 实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。
V.2[ F|P;3 1.模拟
}dKLMNqPA 使用光线追迹验证反射光束整形装置。
7xT[<?, 2.评估
z mbZ 应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。
)5G QJiY 3.优化
TY6
rwU 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。
CjKRP;5 4.分析
Q.ukY @L.' 通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。
C{&)(#*L ~-<:+9m 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。
75AslL?t u]bz42] 详述案例
eXG57<t ON U|?,N0%Z1 系统参数
Rsn^eR6^ " @)lH 案例的内容和目标
zo44^=~% 6#|qg*OS 在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。
rJV?) =Z vi|Zit 
Ay%:@j(E 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。
u>o<tw %Y 之后，研究并优化整形光束的质量。
n1 v,#GE 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。
afUTAP@ Rcf=J){D6 模拟任务：反射光束整形设置
M=[t h 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。
b{ pg!/N4 [gZDQcU 
h. ^o)T h >W@U9 
2-s 7cXs TvM24Orct 规格：像散激光光束
4E'|.tt( ,LZ(^ u 由激光二极管发出的强像散高斯光束
0x71%=4H^x 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动
ev"M;"y g@u ;Y5 
qiU5{} Mz\yPT;Y 
Q!]IG;3Sx| 1i+FL'' 规格：柱形抛物面反射镜
WW6yFriuW [> p6 有抛物面曲率的圆柱镜
m}pL`:e! 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面
M j' lASI 曲率半径等于
焦距的两倍
$ ?$9y ^\ oLP]N$'# G_+Ph^ 规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型）
nsl*Dm"*F 1J'pB;.]s 对称抛物面镜区域用于光束的准直
045\i[l= 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型）
:l`i4kx 离轴角决定了截切区域
,R}Z=w# |[ocyUsxX 规格：参数概述（12° x 46°光束）
bg1un@%!l 4|F#gK5E 
pyF5S,c _>i|s|aW 光束整形装置的光路图
&-4
?! 8Z!*[c>K-? 
0Ve%.k 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。
df
? eL2v 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 fSl
5 4 - 5xCQJ[ 反射光束整形系统的3D视图
<A{y($ u}m.}Mws 
-ek1$y9) ob]dZ
光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。
F"=Hp4-C 绿线表示生成的光轴，由VirtualLab的基础定位方法生成（仅仅设置了距离z和倾角）。
o\ 60 n 5%& ] 详述案例
h ~fWE jN {Zw* 模拟和结果
5& *zY)UL ] ?&H^" = 结果：3D系统光线扫描分析
j8c 6[ih 首先，应用光线追迹研究光通过
光学系统。
oXbI5XY)wb 使用光线追迹系统分析仪进行分析。
gDv$DB8- B0"0_ n7- file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd
6qD fcs _4!{IdR 使用参数耦合来设置系统
Efvq?cG& hb<k]-'! 自由参数：
ig$jKou
F 反射镜1后y方向的光束半径
C d|W#.6 反射镜2后的光束半径
niQcvnT4b 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量）
<N-=fad] 由于功能原理，所有系统参数（距离，焦距，直径）可以由光束参数分析计算。
? rQc<;b 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。
_ .!aBy%xf Oj-r;Tt_G} 
n. I2$._(b -nG wuEngP 
Ju4.@ w49{ -Pp[ 自由参数：
qPUA!-' 反射镜1后y方向的光束半径
(M8h y4Ex 反射镜2后的光束半径
*(p7NYf1 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量）
!3 ?yG 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。
(FG^UA#' cafsM gr A 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。
-~}
tq] vS#{-X '{CWanTPi 结果：使用GFT+进行光束整形
:~i+tD M=6G:H HY 
fzyz uS$ ]\`w1'* 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。
EP (Eq F0&O/-w&u 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。
^X^,>Z| 5v+L';wx[T 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。
6: GN(R$0 ~hzE K vs 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差：
wcl!S { _6L H"o 3 
X+%u(>> ivD^HhG file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd
hR LKb} 9ClF <5?M 结果：评估光束参数
58PKx5`D H<XlUCr_~+ 从生成的整形光束场分布，可以评估光束参数。 可以直接通过使用探测器界面实现。
uD[^K1Ag]^ 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。
YLigP"*~^ 
W%WC(/hor 6$DG.p 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。
aTX]+tBoe 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）
^7<[}u;qF ! YIb file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd
Stt* 1gT )6g&v'dq 光束质量优化
ff[C' zG<0CZQ8 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。
(<n>EF# 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）。
|w4(rs- u,\xok" 结果：光束质量优化
p [b7E`7 -C=]n<ak 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。
ZRUh/<\[ wCC-Y kA 
\DaLH C~ )#Y|ngZ_> 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。）
PJ}[D.elO Okk hP 
0T=jR{j!o file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd
C_C$5[~- : -;f+ ;
M 反射镜方向的蒙特卡洛公差
A=W5W5l(> b6]e4DL:R 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。
@|Z*f\ SK}HXG{? 这意味着参数变化是的正态
3JTU^ -S< 3 /:LYvM< 
aam 1tm#Q {Qm6?H 对于这个例子，假设每个反射镜都有±0.1°的角度偏差（绝对的方向）。 由于这个偏差，整形光束的波前差明显增加。
/O+e#z2f< 这意味着，波前对对齐误差很敏感。
'H|;%J6d> 3b ,= 
K7+^Yv\YQx 8Er [ M file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run
6NU8HJp <
rv1IJ 第一个随机公差的典型强度分布：（相应的均方根波前差：1.08λ，40.4λ，140λ）
zz[g{[SN t&8<k+m 
UP5%C; AUu 5g 由于波前差和因此校准的偏差更大，M2值明显增加。可以使用高斯孔径来减少。
|3aS17yL> 3 LT+9ad2d 总结
t7sUt mq
]j72P 实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。
)H.ubM1 1.模拟
S$Qr@5 通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。
'M47'{7T 2.研究
Z3Bo@`&? 为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。
XryQ)x( 3.优化
F]hx 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。
W<Bxm| 4.分析
9@ kc K 通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。
8+=p8e~An 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。
i Xt4|0 ScM} m 参考文献
Q9Q!9B @ [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).
e? _c[`sg .LWOM8) 进一步阅读
F+lm [4n V]+o)A$ 进一步阅读
tU8g(ep,o 获得入门视频
Z $ p^v*y - 介绍光路图
de*,MkZN - 介绍参数运行
;a#}fX 关于案例的文档
Xi 1q]ps - BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens
p_D
on3 - BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens
p,3go[9X:R - BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing
eA3`]XP.`b - BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair
