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在诸如激光损伤测量或等离子点火研究的应用中,特别是在光的非线性效应这种现象中,定位和预测最大能量密度是非常重要的。研究员经常受限于反复的试验或者分析预测,这样就未能充分地考虑波前或透镜像差。但在所有最受限制的情况下,输入光束的质量以及光学聚焦元件会有一个重要并且通常是不利的影响。 #`)-$vUv^f
X%1.mTU~K 有的人会倾向于认为当光斑尺寸最小时将会出现最大能量密度。如果真的总是这样的话,那么任何镜头设计软件都可以用来做预测了。然而,事实上经常会出现最佳几何焦点所在的平面与达到最高能量密度所在的平面是不一致的,通过Photon Engineering 公司的主打的光学工程软件FRED的强大功能,可以很容易验证这个事实。 J8?6G&0H
+X(^Q@ 聚焦TEM00模式的能量密度可视化 {UC<I.5X
z.Kq}r ^ 考虑一个来自氦氖激光器的TEM00光束,入射到一个双凸球面透镜上,其中束腰也位于透镜上。在图1中,FRED的可视化视图显示(Show in Visualization View)功能用来显示附加在光源上分析面的能量密度计算。 {s'_zSz 图1:入射到双凸透镜元件上TEM00激光光束的能量密度计算 :w_1J'D}
由于FRED对分析面的方向没有任何限制,所以可以计算沿传播方向上的自由空间的能量密度。通过检查焦点周围的区域将会得到一些有趣的发现。通过创建第二个分析面、绕Y轴旋转90度然后重置窗口x限制的值,可以完成在这个区域上的计算。需要设置分析面上的光线规格,只有像平面上的光线可以用于计算。图2显示了光线网格,它定义了追迹穿过透镜到达成像面的光源。在插图中出现了超过600μm的能量密度计算侧视图,图3显示了最大能量密度的位置,这个可以从FRED输出窗口中的信息输出栏中得到(见图4)。基于光线追迹,FRED的最佳几何焦点(Best Geometric Focus)计算与纵向能量密度(longitudinal Energy Density)计算输出相同的结果,在给定的解析度下达到一个像素以内。 '2J6%Gg Vyq<T(5 图2:代表激光光束的光线通过透镜时被追迹。在沿着传播方向的焦点周围区域计算能量密度,并显示在3D几何视图中。 ~Q9)Q
图3:最大能量密度平面上的光束轮廓 MkGq%AE`Y
[QN7+#K, 图4:在FRED的输出窗口中的数据栏中显示了能量密度最大的位置。请注意在分析面的局部坐标系统的X方向对应的是全局坐标的Z方向。 m+^;\DFJ,
聚焦的“非高斯”高斯的能量密度可视化 18tQWI$
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