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课程三十:理解高斯光束 Cx@, J\rsQ
"? R$9i 背景: ;1o"Oij 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。 L1 J"_.=P Sx pl% SYNOPSYS 中的高斯光束 h?idRaN_ 3<'n>' 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。 0{jRXa-( 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。 #kxg|G[Ol 考虑以下系统: k3e
$0`Q Ddu$49{S: /*8"S mte |D<~a(0 RLE JNsK ID OBG DEMO _El=M0 OBG .15 2 qUVV374N UNI MM d_OHQpfK WA1 .6328 hd '!f 1 TH 50 ;[*7UE+#7 2 RD -2.55 TH 2 GTB S +p_SKk!%+ BK7 -\r*D#aHBN 2 CAO 2 Dzp9BRS
2f 3 CAO 2 J%%nv5y 3 RD -55 TH 100 44cyD _( 4 RD 100 TH 2 PIN 2 :vm*miOF 5 TH 50 UMC xKIm2% U9 4 CAO 10 G<>`O;i 5 CAO 10 <oO^w&G 7 fRq2sK;+ AFOC F9Mv$g79 END SB]|y-su A]W`r} !d^5mati)T `L0}^|`9 $Y>LUZ)b&8
按照高斯光束的规则,物面被声明为 “OBG” 类型,腰在表面 1,半径为 0.15 毫米。根据 OBG 线上的第三个词,我们关心的是光线到达的点是 1/e* 2 的两倍。上图所示的边缘光线来自于光束的那个点。在这个例子中,我们还包括了两个简单的透镜,用来扩束和准直光束。 y%z$_V] 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。 #IgY'L 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。 =)'AXtvE 在命令窗口中输入 BEAM cn Q(
G$kh @m#7E4+ 5{j1<4zxR &;*jMu6 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。 ,US] 在命令窗口中输入 RAY P 0 0 .5 SURF @VVBl I }Vk#w%EJ <Ms,0YKx PT|t6V"wd \_0nH` "Bn!<h}mg 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。 LzP+l>m CH!Lf,G 复杂 L%I@HB9-Q0 n:' Mpux 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) ..;}EFw5 \M<C6m5 TH0 = 1.0E14 e=Kf<ZQt YP0 = TH0 * DIV 4E<iIA\x YMP1 = WAIST * RBS D&: |