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课程三十:理解高斯光束 F$(ak;v} $,2T~1tE 背景: jQzl!f1c3 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。 mE`qA*=? M,S'4Szuk SYNOPSYS 中的高斯光束 RYA@{.O $:%E<j4Dn 作为一个适应性强的光学程序,目标是在尽可能在不那么复杂的情况下获得准确的结果。因此,该程序以新颖独特的方式分析这种光束的特殊性质。 ;xe.0j0h 主要问题是,如果光束直径很小,衍射作用贯穿了整个光束的传输。另一方面,光线穿过普通透镜,光束直径远大于光的波长,沿着直线进行非常好的近似,然后我们可以处理为光线了。高斯光束很难传播一段距离后还保持光束直径很小。光线的路径(波前)是弯曲的,在光线追迹中需要特别注意。 ~x!up9 考虑以下系统: `:Gzjngc \7i_2|w tH)jEY9 h Fik>B#! RLE GkX Se)#p ID OBG DEMO ;RJ
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x OBG .15 2 h#"$W;( UNI MM BaW4 s4u WA1 .6328 V0v,s^\H 1 TH 50 Kc?4q=7q 2 RD -2.55 TH 2 GTB S i? ~-% BK7 Jr( =Y@Z' 2 CAO 2 cd1G.10 3 CAO 2 s6@mXO:H^ 3 RD -55 TH 100 xsB0LUt 4 RD 100 TH 2 PIN 2 sde>LZet/ 5 TH 50 UMC g/JF(nkP 4 CAO 10 kFwFPK%B 5 CAO 10 ey=KA t 7 J _;H AFOC 29,ET}~ END z'"7zLQ zk
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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。 d(o=)!p 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。 l P3|h* 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。 X n$ZA- 在命令窗口中输入 BEAM 7bzm5w@v NC%hsg^0/ Z-Qp9G'
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