光束传输
系统（BDS.0005 v1.0）
'#L.w6<B 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
eX;C.[&7;8 : A9G>qg B_$hi=?TTd 简述案例
$# klgiL p'tB4V qT 系统详情
O0[.*xG
光源 hE@s~ ~JYd - 强象散VIS激光二极管
eD2u!OKW! 元件
(
E;!.=% - 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜）
(pJ-_w' G - 具有高斯振幅调制的光阑
<?zn k8| 探测器
c0h:Vqk- -
光线可视化（3D显示）
[<C Ih46S. - 波前差探测
s~V%eq("} - 场分布和相位计算
j+YA/54 ` - 光束
参数（M2值，发散角）
JL.noV3q$ 模拟/设计
I:?1(.kd2- - 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算
qRC-+k:
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）：
g:V8"' 分析和
优化整形光束质量
tj7{[3~-[ 元件方向的蒙特卡洛公差分析
0Rgo#`7l 5'*v-l,[ 系统说明
#[=%+ *Q & iYy 
\-i5b 模拟和设计结果
>,;,
6|S m$6u K0 
zI1 -l9 o 场（强度）分布 优化后
数值探测器结果
!0p_s;uu,W G>Uam TM 
*PEk+e 
&b~if}vcb z86[_ l: 总结
6'E 3Q=}d Ni bOtIZ 实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。
nZ7FG 1.模拟
8y:c3j zP_ 使用光线追迹验证反射光束整形装置。
E 3%:7MB 2.评估
Bg3`w__l; 应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。
I#?NxP\S 3.优化
A 9\]y%! 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。
*|97 g*G( 4.分析
~m@v ~= 通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。
+eT1/x0 }fzv9$]$ 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。
E6
gl R ZoFQJJK56B 详述案例
~Q4 emgBD {t qLH2cO 系统参数
(rDB|kc^7 gpt9 8:w: 案例的内容和目标
3JnBKh\n BM6 J 在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。
H#zsk*=QD ~ 8hAmM 
KNH.4A , 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。
q].n1w [ 之后，研究并优化整形光束的质量。
_@-D/g 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。
Gn+3OI" *p&c}2' 模拟任务：反射光束整形设置
U2~7qC,!Do 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。
\:`'!X1*U Yr7%C 
u >e4;f`F d `M]>EDXp 
)}{V#,xz@ *C>B-j$ 规格：像散激光光束
1K<4Kz~ ,sU#{.( 由激光二极管发出的强像散高斯光束
Y%1 J[W 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动
Cq -d, z@\r V@W5 
N9lCbtn(0x X^pxu6nm- 
^Md]e<WAp XI>|"*-l 规格：柱形抛物面反射镜
=v (MdjwFl !kzC1U 有抛物面曲率的圆柱镜
1O<Gg<<,e 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面
Qf?5"=:# 曲率半径等于
焦距的两倍
W6=j^nv WGx e3(d iymOq9 规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型）
ML6V,-KU eh@6trzp= 对称抛物面镜区域用于光束的准直
v7;zce/~ 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型）
I n%K 离轴角决定了截切区域
y -Xd~<*Ia %j
'_I\ 规格：参数概述（12° x 46°光束）
co
< ATx p^=>N9 
q( N2 #di je9eJUKE 光束整形装置的光路图
F4=+xd >0 K2= `. 
&3jq'@6 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。
)+' De 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。
OK=lp4X $}{u6*u., 反射光束整形系统的3D视图
Hk GA$ T?p' R 
Afpj*o zvvF 9
光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。
a!`b`r -4 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）。
yQ^k%hHa I|RMxx y;
详述案例
+Lq;0tRC D][e u B 模拟和结果
5kX # qT= KJ7[DN'( 结果：3D系统光线扫描分析
! OM
P] 首先，应用光线追迹研究光通过
光学系统。
cBgdBPDa 使用光线追迹系统分析仪进行分析。
HwE 1cOT buIy + file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd
6SYQRK q\P HA 使用参数耦合来设置系统
U#o5(mK / 7EeM{,~ 自由参数：
q>$[<TsE&} 反射镜1后y方向的光束半径
i Sm5k:7 反射镜2后的光束半径
(6 jr}kP 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量）
<tT*.nM\ 由于功能原理，所有系统参数（距离，焦距，直径）可以由光束参数分析计算。
@<GVY))R8 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。
~2R3MF.C Gi<ik~ 
1QfOD-lv ? J ;* 
(<u3<40[YN n+5X*~D 自由参数：
D$sG1*@s- 反射镜1后y方向的光束半径
|]qwD,eiH, 反射镜2后的光束半径
=:fFu,+{ 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量）
MX3s s,F 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。
B3p[A k +y+-~;5iv 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。
,n')3r [+=h[DC 2r+@ s g 结果：使用GFT+进行光束整形
Rp#9T?i``[ m?Gb5=qo 
=c)O8 \M ]w I 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。
G4! $ 48 kg2?I L 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。
` ]*KrY $N7:;X"l 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。
fk(l .A$ =y3gnb6 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差：
:U5>. ): "}uPz4 
9]Q\Pr\Ub$ .O\z:GrSZz file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd
e`1,jt' O*af`J{ 结果：评估光束参数
{C=d9z~: )^&,[Q=i 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。
)N{ Qpbh 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。
l8n}&zX 
st;.Po[h %4 Nq T 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。
!_+LmBd
G 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）
nwd
02t u I,{9vew file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd
NT~L=x sY F, ^< 光束质量优化
9 R XT AT^?PD_ 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。
DzLm~
aF 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）。
7y",%WYSD 'bP-p gc 结果：光束质量优化
`sZ /'R6 >w:px$g4 由于通过高斯孔径传播，光束显示出理想高斯形状。 因此，M2值在两个方向上几乎都是1。
(h0i2>K xUYUO yV 
u7!X#< y8U |A0@$` 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。）
oB27Y&nO Im{I23.2 
a;p3Me7 file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd
) j6VROt M9MfO* 反射镜方向的蒙特卡洛公差
6MfjB@ I;`)1
对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。
clz6; P ~4th;#' 这意味着参数变化是的正态
!+T9NqDv [ 7Rr(YoWa 
g/+P]c6/ [wAI;=. 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。
} Vw"7 这意味着，波前对对齐误差很敏感。
oDp !^G2A" `g q@LP"o 
WpX)[au 9)p VDS file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run
uX@RdkC m (nGtrQJm 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）
^8dJJ* @d Ac2<4 
X:\ r ) ysA~Nq@ 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。
xW*L^97 ; '+B cPB?E 总结
W:{1R&$l ,u|vpN 实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。
"Ko ^m(` 1.模拟
|yiM7U,i 通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。
EBS04]5ul 2.研究
0_Tr>hz 为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。
vX})6O 3.优化
[QA@XBy6 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。
xZt] s3? 4.分析
)sG`sET]`f 通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。
h Kb-l`KO 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。
l>)0OP] [ aj F 参考文献
G"0YCi#I| [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).
j{EN % _wp6rb:8! 进一步阅读
uArs[e|f j ,Q eL 进一步阅读
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YC4S,f Y` - 介绍参数运行
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