研究發現，自聚焦效應會導致穿透剖面變窄，本例對比了以下四種情況： （1）理想的高斯光束聚焦 （2）經過吸收之后的理想高斯光束聚焦 （3）經過吸收和自聚焦效應之后的理想高斯光束聚焦 （4）經過吸收和自聚焦效應之后的帶有像差的高斯光束聚焦 圖1 模擬示意圖 模擬結果 圖2 初始理想高斯光束光強分布 圖3 理想高斯光束的成像切片

相干光的高斯子束模型 通過使用一個稱為高斯光束分解（GBD）的技術，可以在FRED中實現相干光的模擬。光場被分成獨立的高斯子束，相互之間是相干傳播的。每個子束由一組光線表示（圖1），主光線沿著子束的軸。八個二級光線包括：代表光束腰的四個正交二級束腰光線，和代表光束發散度的四個正交二級發散光線。

圖 1.簡易激光光束（高斯00模）規格 例2.像散高斯光束 “像散高斯光束”光源提供了一個更加實際的模型。大多數半導體激光遭受像散：束腰的x和y分量沿軸位移。在折射率型波導中的激光器，位移一般是2-8μm。在增益型波導中的激光器中，位移一般約為40μm。通過指定x和y的發散角和焦點的距離，可以模擬像散。該光源類型也允許光線在離束腰某些距離處產生，以獲得更大的精度。

光束整形技術 激光器輸出的高斯光束呈中心強、邊緣弱的鐘形分布，能量利用率低的短板嚴重制約其在高端應用中的表現。光束整形技術通過光學元件調控光束的振幅、相位與偏振態，將高斯光束轉換為平頂光束、環形光束等特定分布形式，從而提升能量均勻性與利用效率。

光源與探測器設置 在軟件光源模塊中創建高斯光束光源，精準匹配實際激光器輸出模式，設定束腰半徑、光軸方向與能量分布。于系統出射端設置近場光斑探測器、遠場發散角探測器與波前探測器，同步采集光束直徑、發散角、能量分布及波前畸變數據，排除環境噪聲與無效信號干擾，保障結果準確性。 分析優化 執行序列光線追跡，生成三維光路追跡圖與光束傳播動畫，直觀呈現擴束、準直全過程。

6.3.1 切爾尼-特納單色儀—衍射效率分析 239 6.3.2 切爾尼-特納光譜儀—光譜分辨率及鈉雙譜線分析 250 第七章 光束整形 256 7.1 折射光學 256 7.1.1 設計一個折射光束整形器以生成一個圓形高帽光 256 7.2 衍射光學 266 7.2.1 規則分束器設計、結構生成及結構導出 266 7.2.2 將高斯光束整形成

疊加拉蓋爾高斯光束（Combination of Laguerre Gaussian Modes） 原理和疊加拉蓋爾高斯光束類似，這個也可以在疊加厄密高斯光束的編輯卡上方勾選拉蓋爾高斯光束，或者從目錄中導入。 圖4. 疊加拉蓋爾高斯光束 3.

軸錐鏡和透鏡將光束轉化為中空的瓶束 建模任務： 軸錐鏡和透鏡構成的系統可以將高斯光束整形為環形光束，并且可以生成三維的瓶底光束。這一期將通過對這個系統的建模帶領大家了解VirtualLab Fusion的參數掃描功能和動圖的生成過程。 軸錐鏡的傳輸函數為exp(-i2π/λrα)，其中λ為波長，α是徑向調控因子。透鏡的傳輸函數則是exp(-i2π/λr^2/f/2)，f為焦距。

在VirtualLab Fusion平臺中，通過可編程透過率函數構建二維叉形光柵相位結構，成功將波長為532 nm、束腰直徑為200μm的高斯光束轉換為攜帶軌道角動量的渦旋光束陣列。仿真結果清晰地呈現了不同衍射級次對應的渦旋光場分布及其螺旋相位結構，驗證了二維叉形光柵對拓撲荷的精確調制能力。

對于傳統的高斯光束照明，焦深與數值孔徑（NA）的平方成反比，而橫向分辨率與NA成反比——這意味著提高分辨率必然導致焦深急劇縮短。例如，在高分辨率光學相干顯微術中，使用高NA物鏡可獲得微米級的橫向分辨率，但焦深通常僅有數微米，嚴重限制了三維成像的深度范圍。