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课程三十:理解高斯光束 9U3 }_ =eDC{/K 背景: Ic&YiATj 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。 yOXEP j
b'M SYNOPSYS 中的高斯光束
M\JAB ;A jJ2{g> P0P 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。 ,qV 7$u 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。 j!;E>`g 考虑以下系统: $ER$|9)KD $`vXI%|. }&s |~ KZ65#UVX RLE Gb"kl.j ID OBG DEMO S?D]P'< OBG .15 2 .>_%12> UNI MM "^
dMCS@ WA1 .6328 #\_FSr fX 1 TH 50 W4( 2 RD -2.55 TH 2 GTB S R@>^t4#_Q0 BK7 gd7!+6 2 CAO 2 Dd,
&a 3 CAO 2 NQiu>Sg 3 RD -55 TH 100 qkC{IBN92 4 RD 100 TH 2 PIN 2 [L| vBr 5 TH 50 UMC XC}2GHO< 4 CAO 10 *Csxf[O 5 CAO 10 z`u$C+Ov 7 wk^$DM/KJ) AFOC : ?Z9 END wLE|J9t%Ea !V4 (- 8 %Br1b6 V w=ufJRj *`Ge8?qC
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。 hX-^h2eV 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。 'fzJw 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。 j!0-3YKv 在命令窗口中输入 BEAM GQjU="+ I.SMn,N +I:/8,&-x AnZy
oa 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。 J~
*>pp#U 在命令窗口中输入 RAY P 0 0 .5 SURF =*6H!bzX oIE3`\xS "N}MhcdS b`;&o^7gMO Dv^M/z2&[ 6]HMhv 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。 "0z4mQ}>N CSNz8
y 复杂 Dj0D.}`~ e%7#e%1s 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) d5=& |