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    [原创]SYNOPSYS 光学设计软件课程三十:理解高斯光束 [复制链接]

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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2023-07-18
    课程三十:理解高斯光束
    uw@z1'D[i"  
    VJX{2$L  
    背景: g< cR/  
    激光器通常产生直径非常小的光束,经常用作各种光学系统光源。这种光束的强度是不均匀的,在理想情况下遵循高斯分布,因此而命名为高斯光束,且在大多数实际情况下以特有的方式偏离该分布。在设计和分析具有这种分布的系统时,必须考虑两个问题:轮廓的形状以及直径非常小的光束在传播时表现出强烈衍射效应。 FKd5]am  
    nBd!296  
    SYNOPSYS 中的高斯光束
    9lA@ K[  
    mN^92@eebC  
    作为一个适应性强的光学程序,目标是在尽可能在不那么复杂的情况下获得准确的结果。因此,该程序以新颖独特的方式分析这种光束的特殊性质。 ?gb"S,  
    主要问题是,如果光束直径很小,衍射作用贯穿了整个光束的传输。另一方面,光线穿过普通透镜,光束直径远大于光的波长,沿着直线进行非常好的近似,然后我们可以处理为光线了。高斯光束很难传播一段距离后还保持光束直径很小。光线的路径(波前)是弯曲的,在光线追迹中需要特别注意。 uD&!]E3  
    考虑以下系统: qwu++9BM  
    O/wl";-  
    ';x .ry  
    W>Y8 u8  
        RLE 6y,M+{  
        ID OBG DEMO {4 !%'~  
        OBG .15 2 H(ht{.sjI  
        UNI MM sQ/7Mc  
        WA1 .6328 Ru Q\H0pr  
        1    TH 50 XnQd(B`M  
        2    RD -2.55 TH 2 GTB S `e0U-W]kF  
        BK7 aC>r5b#:  
        2    CAO 2 X6 ~y+ R  
        3    CAO 2 ]<q{0.  
        3    RD -55 TH 100 V; 1r  
        4    RD 100 TH 2 PIN 2 Wxg,y{(`  
        5    TH 50 UMC 2#LcL  
        4    CAO 10 BbZ-dXC<  
        5    CAO 10 =y8HOT}8  
        7 |2X Et\P  
        AFOC 5+GW% U/  
        END }$V]00 X  
    YWeEvo(,=  
    0k>NuIIP  
    |H5){2V>K  
    )1O *~%  
    按照高斯光束的规则,物面被声明为 “OBG” 类型,腰在表面 1,半径为 0.15 毫米。根据 OBG 线上的第三个词,我们关心的是光线到达的点是 1/e* 2 的两倍。上图所示的边缘光线来自于光束的那个点。在这个例子中,我们还包括了两个简单的透镜,用来扩束和准直光束。 ;h_"5/#  
    如果我们把表面1的波束精确准直,那么表面2上的光束大小等于于表面1的光束大小。但这是不正确的,因为衍射会在光束到达表面的时候放大光束。为了解释这种影响,程序认为腰部的光束稍微弯曲,刚好使从表面1追迹到的真实光线与衍射的高斯光束以相同的角度接触到表面2。从这点出发,我们可以用通常的光线追迹方法来处理衍射光束,前提是此处衍射是由最小孔径引起的。 1 ,oC:N  
    寻找一个光束追迹,它根据近轴高斯光束理论对光束的任意位置进行评估。 )_b #c+  
    在命令窗口中输入 BEAM k+44ud.j  
    qFW- ~T  
    R! ?8F4G  
    ]Ole#Lz}Q  
    注意,由于衍射,表面 2 上的光束半径大于表面 1 上的光束半径。现在在光瞳点(0,0.5)处追迹真实光线,该点位于 1 / e ** 2点。 Ly\$?3 h  
    在命令窗口中输入 RAY P 0 0 .5 SURF C/e`O|G  
    a=gTGG"9  
    7|T<dfQk  
    1j6ZSE/*|  
    q|om^:n.  
    -:m;ePK  
    该真实光线的路径非常接近 BEAM 追迹。我们现在有一个工具,只要光束在系统的早期扩展,就可以让您使用真实光线分析和优化这样的系统。(因此衍射在此后几乎没有影响),这种实际光线应用粗略估计是有用的并且易于设置。 ?)1h.K1}M  
    %p"x|e  
    复杂
    8iD_md_[  
    pq*b"Jku1  
    但有时会非常复杂。例如,假设腰部有一个元件。如果厚度编号1为零,或者如果该表面不是虚拟的,则程序无法进行上述调整。相反,调整几何体,以便它可以追迹 OBA 物面(有限物距) N7%Jy?-+  
    9x&,`95O  
        TH0 = 1.0E14 jgYUS@}  
        YP0 = TH0 * DIV [+gX6  
        YMP1 = WAIST * RBS  OnF +  
        YP1 = 0.0 @.T'  
    WE4:Jy  
    因此,物体在无穷远处入瞳半径是输入 OBG 束腰半径的函数。在这种情况下,程序仍然可以进行光束分析,但是衍射并没有像以前那样考虑真实光线。然而,如果第一个元件扩展了光束,那么衍射就起不到什么作用,这仍然是一个有用的方法。 M{zzXE[@  
    但是,如果光束在传输中有一个或多个表面或元件孔径非常小,该怎么办?假设一个扩束器位于束腰一米处,并且沿途有几个反射镜。首先描述的技巧仅在表面 1 和 2 之间进行操作,请记住,在这种情况下,其他表面之间的衍射将被忽略但在此情况下不会被忽略。还有另外一个技巧,而且非常简单。 `8\pihww  
    你所做的是将一米的厚度分配给表面 1(或者扩展器之前的任何距离),在该距离处放置一个虚拟表面2,然后指定一个减去一米的厚度(或者需要的任何东西) 第一个反射镜或镜子到表面2.现在程序可以调整束腰的光束属性,以便在虚拟表面 2 处考虑衍射。如果追迹真实光线,它将在同一个地方到达表面 2 正如高斯光束那样,你可以根据第一条规则从那里折射。 b=-<4Vu*\  
    光束轮廓 Kom$i<O?48  
    让我们看一下高斯光束。输入以下 AI 句子: TxwZA  
    PLOT TRANS FOR YEN = -1 TO 1 ):&A\nb  
    这显示了其中完美高斯形状。还有其他方法可以看到形状。在第11 课中,我们将展示如何编写一个宏来通过 COMPOSITE 像差格式绘制轮廓,第 12 课展示如何设计一个简单的系统来扩束并同时产生均匀的强度。我们展示了衍射传播程序 DPROP 如何分析改进的能量分布,给出了另一种分析这种光束的方法。 )qD%5} t  
    {8Hrb^8!  
    对图像的影响
    O?D*<rwD  
     }Q`Kg8L  
    为了完成本课程,我们输出衍射图案。由于光束是高斯光束,因此远视场图像的形状也是高斯的。转到 MDI 对话框,选择 PSPRD 图。 LcE!e%3  
    实际上,我们看到根本没有衍射环!这是高斯光束的特性。衍射主要发生在光束的边缘,如果该边缘非常模糊,则下降到比中心低得多的值,则边缘处的衍射不起作用。 2#@S6zc  
    要了解有关高斯光束,包括非圆光束和光束质量的影响,请在命令窗口中键入 HELP OBG。 6=90 wu3  
    I5F oh|)  
    SYNOPSYS™ 现已更新至 2023 最新版本,评论留言添加工作人员可申请免费试用。 nWbe=z&y8[  
    O\XN/R3  
    评论留言添加工作人员
    还可领取文章中学习文档及视频讲解
    m}]"TFzoVM  
    %H~q3|z  
    2y#4rl1Utx  
    9Q^>.^~^  
    -'&MT :L  
    [ 此帖被小火龙果在2023-07-18 10:41重新编辑 ]
     
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