光束传输
系统（BDS.0005 v1.0）
0'!v -`. 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
O@[c*3]e [.DSY[!8U ,eq[X\B> 简述案例
t1p} +}c
'4hRv 系统详情
}49X
N
光源 IuDg-M[ - 强象散VIS激光二极管
5T,Doxo 元件
"?_adot5v - 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜）
%+oWW5q7 - 具有高斯振幅调制的光阑
9`}Wp2 探测器
)c= R)=N -
光线可视化（3D显示）
fq/F| c - 波前差探测
=jdO2MgSg* - 场分布和相位计算
f!;i$Oif - 光束
参数（M2值，发散角）
Mw!?2G[| 模拟/设计
vlCjh! x - 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算
HM%n`1ZU - 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）：
5 VIpA 分析和
优化整形光束质量
$|.x !sA 元件方向的蒙特卡洛公差分析
ty ]JUvR@ {=
Dtajz 系统说明
+7?p& -r)x xkR--/f 
LXj2gsURu% 模拟和设计结果
.5 8>KBj( >T{9-_#P 
a 9z|ef 场（强度）分布 优化后
数值探测器结果
h.c<A{[I6c 21GjRPs\ 
V x1C4 
P<GY"W+r R ]g-(|X~> 总结
GL&ri!, ~/1kCZB 实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。
j>~^jz: 1.模拟
fI} Z`* 使用光线追迹验证反射光束整形装置。
i' J.c4 2.评估
B&A4-w v 应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。
&,+G} 3.优化
5%kt;ODS 利用一个具有高斯形状孔径函数的光阑和经典场追迹引擎来优化M2参数。
rb%P30qc4 4.分析
ghd~p@4 通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。
V1Dwh @iS dA> t 对于复杂的光束整形装置，特别是离轴系统，可以使用VirtualLab来进行高效的模拟和分析。模拟过程中，根据情况应用不同的模拟引擎。
| Q:$G!/ b_-ESs] g 详述案例
4xhV
+Y $7gzu4f 系统参数
'qQ 5K
o P, !si# 案例的内容和目标
x3>K{ r=4'6! 在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。
T[>h6d JC`|GaUy 
]O',E i ^ 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。
6FG h=~{3, 之后，研究并优化整形光束的质量。
)hK5_]"lmj 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。
CJg & bO1J#bcZ 模拟任务：反射光束整形设置
:bwdEni1P 引入的反射光束整形装置是基于一个反射镜系统，此系统由两个抛物面圆柱反射镜镜与抛物面截面反射镜组成。焦点距离和镜子的位置取决于输入光束的发散角。
a#FkoA~M * #e%3N05_ 
EU]{S=T x*}j$n( Oa 
r~F T, t5N@ z 规格：像散激光光束
is?`tre\P l5Z=aW Q 由激光二极管发出的强像散高斯光束
3 1KMn 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动
+`9
]L]J]4 @Ek''a$ 
MBs]<(RJZ 1;3oGuHj8 
ZT4._|2 ?XL [[vyr 规格：柱形抛物面反射镜
Mcc774'*9 ?{%P9I 有抛物面曲率的圆柱镜
2_; .iH
6 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面
TYWajcch 曲率半径等于
焦距的两倍
|vz< FR6 LSlaz LP_ d}ve 规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型）
k#R }^Q :Gqyj_|< 对称抛物面镜区域用于光束的准直
5p"n g8nR 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型）
QR2J;Oj_ 离轴角决定了截切区域
-liVYI2s vmJ1-<G4* 规格：参数概述（12° x 46°光束）
n|lXBCY7K w7p%6m 
\D?6_
,O #Bj{
4OeV 光束整形装置的光路图
U`K5 DZ~ I !9u](\0 
?VEJk,/k 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。
kLMg|48fdI 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。
-en:81a# 3ag*dBbs 反射光束整形系统的3D视图
ps"crV-W gg'lb{oG 
!FipKX iHr{
VQ
光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。
d]VL( & 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）。
S0/@y'q3en wfM$JYfI 详述案例
c_}i(H Q ':!w%& \ 模拟和结果
`j0T[Pi C>$5<bx 结果：3D系统光线扫描分析
Et(Q$/W 首先，应用光线追迹研究光通过
光学系统。
P[ n` X 使用光线追迹系统分析仪进行分析。
L T!B]y wblEx/FqE^ file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd
gR.zL>=_5e ;nji< 使用参数耦合来设置系统
Nz#T)M GO` {2R b^K 自由参数：
);@Dr!H 反射镜1后y方向的光束半径
b=:AFs{ 反射镜2后的光束半径
!~04^( 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量）
yY4*/w7*j4 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。
hdW" ,Bf' 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。
uT8/xNB! 5,I'6$J
&BqRy UM$F M A} = 
L-^vlP)Vu m;W Up{' 自由参数：
iN0pYqY* 反射镜1后y方向的光束半径
{ > {|3 反射镜2后的光束半径
cn v4! c0 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量）
l^:m!SA_ 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。
y1,L0v$=} bRJYw6oA< 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。
W tnZF]1:u \o?zL 7 ^HLi1w| 结果：使用GFT+进行光束整形
N)lzX X }C/ u>89%q 
sDK
lbb + G"=1sxJ 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。
Kw3fpNd Z_}vjk~s 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。
Pqo _ +fL+ r7c(/P^$G 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。
" V&2 g? hc5M)0 d 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差：
Ht5 %fcD ~&CaC 
J<p< 5):R; }el. qZ file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd
00Tm0rY :J@q
Xa 结果：评估光束参数
@4B+<,i
Z 7t 0=U 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。
$R2T) 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。
<t,uj.9_ 
K%Mm'$fTw FviLlly6 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。
;j-@
$j M2值明显高于1。（与理想高斯光束相比，高M2值是由光束偏离引起的）
@BbZ(cZ* w
(W+Y+up file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd
9<k<HmkD [3nhf<O 光束质量优化
_J 6|ju\ d;|e7$F' 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。
ZwAX+0 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）。
Cc0`Y lx~( D'YF [l 结果：光束质量优化
k;3Bv 6 jj0@ez{3 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。
f-y4V} `)` _G!a 
F@k Oj*5,[ #^gn,^QQ 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。）
.LEQ r) SIKy8?Fn 
8 2&JYx file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd
p)f OAr V`TXn[7 反射镜方向的蒙特卡洛公差
X"(!\{ySI; ?;0=>3p*0 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。
4\pi<#X ; Z-Cn . 这意味着参数变化是的正态
Q
nDy mVF I}p u N! 
b\7-u- z tHGY 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。
+e)So+.W 这意味着，波前对对齐误差很敏感。
$hPAp} $ N5VoK 
Yi{[llru zG[fPD file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run
Y)N(uv6 f?dNTfQ3mi 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）
T$06DS w eT33O"!1 
rnIv|q6@ si/F\NDT 由于波前差和因此校准的偏差更大，M2值明显增加。可以使用高斯孔径来减少。
Z9i,#/ P~#!-9? 总结
vYL{5,t {1 4(R O1VWsb 实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。
R 9o:{U] 1.模拟
@I]uK[qd 通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。
; QR|v 2.研究
-vGyEd7 为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。
tRS^|?? 3.优化
5dMIv<#T` 通过使用显示出高斯整形孔径函数和经典场追迹引擎来优化M2参数。
3rZFN^ 4.分析
l T@5=ou[ 通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。
@!Il!+^3 可以使用VirtualLab Fusion非常有效地模拟和分析复杂的光束整形装置，尤其是离轴系统。为此，根据情况应用不同的模拟引擎。
NSOWn]E 2K..
;A$ 参考文献
}[!;c+ke [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).
L:`|lc=^ .Ap[C? mV 进一步阅读
7\"-<z;kK l' W?X ' 进一步阅读
7 Fq mT
获得入门视频
$sU?VA'h - 介绍光路图
";`ddN3 - 介绍参数运行
6vX+- f 关于案例的文档
Umv _{n` - BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens
!#rZ eDmw - BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens
F@ZG| &
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing
Y3-Tg~ /~W - BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair
