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簡(jiǎn)介 PiMKu|,3 `$s)X$W? 激光系統(tǒng)常使用一個(gè)稱(chēng)為空間濾波器的小孔。通過(guò)去除光束中的高階模和噪聲，空間濾波器是一種用于提高激光質(zhì)量的技術(shù)。為了在FRED中準(zhǔn)確模擬激光通過(guò)一個(gè)空間濾波器，光在通過(guò)濾波器之后光場(chǎng)的重新合成是非常重要的。這樣做將會(huì)精確的模擬在孔徑上的裁剪。在本篇文章中，將會(huì)闡述Gabor分解的光合成技術(shù)。 0]AN; 4q>7OB:e 相干光的高斯子束模型 Ih.rC>)rx *16 <M)7 通過(guò)使用一個(gè)稱(chēng)為高斯光束分解（GBD）的技術(shù)，可以在FRED中實(shí)現(xiàn)相干光的模擬。光場(chǎng)被分成獨(dú)立的高斯子束，相互之間是相干傳播的。每個(gè)子束由一組光線(xiàn)表示（圖1），主光線(xiàn)沿著子束的軸。八個(gè)二級(jí)光線(xiàn)包括：代表光束腰的四個(gè)正交二級(jí)束腰光線(xiàn)，和代表光束發(fā)散度的四個(gè)正交二級(jí)發(fā)散光線(xiàn)。在光線(xiàn)追跡的過(guò)程中，主光線(xiàn)決定了所有二級(jí)光線(xiàn)的命運(yùn)：如果主光線(xiàn)通過(guò)了一個(gè)孔徑，假設(shè)，則所有的二級(jí)光線(xiàn)必須通過(guò)該孔徑。這項(xiàng)使用光線(xiàn)來(lái)表示高斯子束的技術(shù)被稱(chēng)為復(fù)合光線(xiàn)追跡。 ^WE4*.( .sM <6; 
圖1 高斯子束的復(fù)合光線(xiàn)表示
/g_ 9m 如果激光在一個(gè)空間濾波器處聚焦，則在相干光線(xiàn)追跡中的大多數(shù)主光線(xiàn)將會(huì)通過(guò)孔徑。這忽略了剪裁的影響。為了正確的模擬剪裁，在空間濾波平面的光場(chǎng)應(yīng)該在孔徑內(nèi)重新采樣，產(chǎn)生一組新的光線(xiàn)，用于通過(guò)系統(tǒng)的進(jìn)一步傳播。 q0,kDM66 ))7LE|1l 14μm空間濾波器內(nèi)的Gabor分解 4k8*E5cx q7X}MAW 在FRED中模擬的一個(gè)空間濾波系統(tǒng)如圖2所示。創(chuàng)建了相干準(zhǔn)直的He-Ne激光束。光源由直徑為6mm的橢圓孔徑內(nèi)的21*21條光線(xiàn)組成。光線(xiàn)通過(guò)焦距為52mm的平凸透鏡。空間濾波器放置在焦點(diǎn)上�？臻g濾波器的直徑是基于透鏡焦距和光束直徑計(jì)算而得。 o:2Q2+d
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j-7u>s-l E {tx/$f 通過(guò)添加FRED自定義元件（Custom Element）可以創(chuàng)建空間濾波器小孔，它由半徑為0.007mm的圓弧曲線(xiàn)描述。在空間濾波器位置處創(chuàng)建了一個(gè)1*1的吸收平面。在該平面上指定了一個(gè)分析面（64*64μm寬，257*257像素）來(lái)收集光場(chǎng)。繪制光場(chǎng)之后，用戶(hù)需要右鍵點(diǎn)擊并選擇相干場(chǎng)操作/應(yīng)用剪裁到場(chǎng)（Coherent Field Operations / Apply Clipping to Field），選擇已經(jīng)創(chuàng)建好的剪裁曲線(xiàn)。光場(chǎng)現(xiàn)在已經(jīng)得到了正確的剪裁（圖3）。 %*wzO9w4
;{vwBDV!' 圖2 He-Ne激光束的空間濾波器
00ofHZ 圖3 用空間濾波孔徑剪裁光場(chǎng)的結(jié)果
L}'Yd' 最后，剪裁區(qū)域內(nèi)將會(huì)產(chǎn)生一組新的復(fù)合光線(xiàn)。使用Gabor分解可以實(shí)現(xiàn)它。在剪裁光場(chǎng)的圖中，用戶(hù)需要右鍵點(diǎn)擊并選擇相干場(chǎng)操作/合成場(chǎng)（Coherent Field Operations / Synthesize Field.）。相干場(chǎng)合成參數(shù)如圖4所示。 *7ZGq(O '|A|vCRCG 最后一步是選擇“追跡現(xiàn)有的（Trace Existing）”來(lái)模擬通過(guò)空間濾波器的光線(xiàn)傳播。圖5顯示了通過(guò)具備光場(chǎng)合成的準(zhǔn)直透鏡后的輻照度分布，與忽略了空間濾波器剪裁的分布作比較。顯然，光場(chǎng)合成精確的模擬了減小的光束直徑和預(yù)期的衍射特性。 Hd9XfU ^
