SYNOPSYS 光学设计软件课程三十:理解高斯光束
课程三十:理解高斯光束 +i&<`ov |58HPW9 背景: e73=*~kfR 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。 5 #K*75> 8:,($a/KF
SYNOPSYS 中的高斯光束 k
QuEG5n.- |C[!A 作为一个适应性强的光学程序,目标是在尽可能在不那么复杂的情况下获得准确的结果。因此,该程序以新颖独特的方式分析这种光束的特殊性质。 K~TwyB-h 主要问题是,如果光束直径很小,衍射作用贯穿了整个光束的传输。另一方面,光线穿过普通透镜,光束直径远大于光的波长,沿着直线进行非常好的近似,然后我们可以处理为光线了。高斯光束很难传播一段距离后还保持光束直径很小。光线的路径(波前)是弯曲的,在光线追迹中需要特别注意。 ("9bV8:@B 考虑以下系统: Lx0nLJ\ 'ToE Y3 nkW})LyB\ 3p0v RLE .XJ'2yKof ID OBG DEMO 6 c_#"4 OBG .15 2 K^u,B3 UNI MM 'C1lP)S5 WA1 .6328 pU$k{^'UK 1 TH 50 $w0TEO! 2 RD -2.55 TH 2 GTB S 'Gy`e-yB BK7 U#jz5<r 2 CAO 2 uJw?5kEbv< 3 CAO 2 v(1 [n]y 3 RD -55 TH 100 @^{`!>Vt 4 RD 100 TH 2 PIN 2 `6Bx8CZ'I 5 TH 50 UMC Q{l,4P 4 CAO 10 l0qaTpn 5 CAO 10 D:z'`v0j 7 $1yO Zp5 AFOC !HY^QK END K./qu^+k "q=Cye $n\P w
[attachment=118920] a-{|/
n%
AV5={KK
按照高斯光束的规则,物面被声明为 “OBG” 类型,腰在表面 1,半径为 0.15 毫米。根据 OBG 线上的第三个词,我们关心的是光线到达的点是 1/e* 2 的两倍。上图所示的边缘光线来自于光束的那个点。在这个例子中,我们还包括了两个简单的透镜,用来扩束和准直光束。 S!(3-{nC 如果我们把表面1的波束精确准直,那么表面2上的光束大小等于于表面1的光束大小。但这是不正确的,因为衍射会在光束到达表面的时候放大光束。为了解释这种影响,程序认为腰部的光束稍微弯曲,刚好使从表面1追迹到的真实光线与衍射的高斯光束以相同的角度接触到表面2。从这点出发,我们可以用通常的光线追迹方法来处理衍射光束,前提是此处衍射是由最小孔径引起的。 c1#0o)q*7 寻找一个光束追迹,它根据近轴高斯光束理论对光束的任意位置进行评估。 9@ k8$@ 在命令窗口中输入 BEAM cOV j @z vpQ&vJfR
[attachment=118921] xl&@g)Jj O^L]2BVC 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。 O$ *lPA[ 在命令窗口中输入 RAY P 0 0 .5 SURF dGUP|O "#1 \ uoH
[attachment=118922] giakEPl }Fe6L;^; }y(t')= 9 ,lZ19B?WP 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。 i|eX X)$ IMf|/a9-
复杂 fap`;AuwK LV:L0D7y 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) ) /raTD s scbf TH0 = 1.0E14 sxNf"C=-. YP0 = TH0 * DIV r2-iISxg+ YMP1 = WAIST * RBS 7^gO>2~ YP1 = 0.0 >h7(kj: IWv 9!lW 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。 y=Y k$:-y 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。 VGS%U8; 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。 (xfc_h*xA 光束轮廓 B/agW 让我们看一下高斯光束。输入以下 AI 句子: PmuG(qg PLOT TRANS FOR YEN = -1 TO 1 (?z?/4>7< 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。 &jDN6n3z mskG2mA
对图像的影响 "n%j2"TYJj f_~T 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。 TU|#Pz7n-Z 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。 JwG(WLb: 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。 %1?t)Bg ,6^<Vg 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。 j.=:S; %\JGDM*m
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 pDS[ecx
L=lSW7R 6z\!lOVjb HPtMp#`T ?_eLrz4>L^
|