高斯光束分析
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高斯光束分析的視頻教程
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高斯光束分析的實例教程
有以下三種工具可在 OpticStudio 的序列模式中模擬高斯光束傳播：
基于光線的方式
近軸高斯光束分析
物理光學傳播
本系列的三篇文章旨在介紹如何創建一個高斯激光光源、如何分析光束通過光學系統時的傳播和如何使用上述三種方式優化至最小光斑。上周我們講到了本系列文章的第一篇：ZEMAX | 如何在 OpticStudio 中模擬激光光束傳播：第一部分-高斯光束理論和基于光線的方式。
本文也會介紹適用于特定情況的最佳模擬方式，是系列文章的第二篇，重點介紹如何使用近軸高斯光束分析工具對高斯光束建模。聯系我們下載文章中的附件。
介紹
OpticStudio 序列模式提供了三種模擬高斯光束傳播的工具：基于光線的方式、近軸高斯光束和物理光學傳播 (POP)。基于光線的方式利用幾何光線追跡來建模光束傳播。近軸高斯光束計算高斯光束通過近軸光學系統傳播時的各種光束數據，包括光束尺寸和束腰位置。而 POP 通過傳播相干波前來模擬激光光束，能對任意相干光束進行詳細的研究。本系列的三篇文章討論了如何使用這三種方法來建模高斯光束。本文將介紹方法2 - 用近軸高斯光束模擬激光光束傳播。
近軸高斯光線分析
該工具在分析 (Analyze)... 激光和光纖 (Lasers and Fibers)... 高斯光束 (Gaussian Beams)…近軸高斯光束 (Paraxial Gaussian Beam) 中。近軸高斯光束分析是一種交互式功能，可以作為一個“計算器”快速計算高斯光束的特性。該功能需要定義初始輸入光束的屬性及其M2值，來模擬理想模式和混合模式的高斯光束。它的優點是允許您輸入理想模式和混合模式 (M2>1) 兩種狀態的高斯光束，并顯示光束傳播至光學系統每個表面時的光束數據。
展開 有以下三種工具可在 OpticStudio 的序列模式中模擬高斯光束傳播：
基于光線的方式
近軸高斯光束分析
物理光學傳播
本系列的三篇文章旨在介紹如何創建一個高斯激光光源、如何分析光束通過光學系統時的傳播和如何使用上述三種方式優化至最小光斑。
為了驗證當發射一束相干激光束到系統中時上文建模結果的質量，可以使用近軸高斯光束分析工具做一個快速比較：分析 (Analyze) …激光和光纖 (Lasers and Fibers) ...高斯光束 (Gaussian Beams) …近軸高斯光束 (Paraxial Gaussian Beam)。在這個系列的第二部分中可以找到對這個工具的完整描述。
在這里只關注近軸高斯光束，使用一維通用繪圖 (1D Universal Plot) 進行分析：分析 (Analyze) ...通用繪圖工具 (Universal Plot) ...1-維 (1D)。這幅圖顯示了作為像平面位置的函數計算得到的近軸高斯光束尺寸。
如圖示，高斯光束在約87.020 mm的后焦距時達到最小，這與上文的后焦距非常接近。這表明，可通過基于光線的優化得到產生最小的幾何光斑的成像位置，也可由近軸高斯光束工具計算出的最小高斯光束尺寸。與此同時，在該系統中，基于光線的最小光斑位置與最小高斯光束尺寸的位置吻合良好。
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展開 有以下三種工具可在 OpticStudio 的序列模式中模擬高斯光束傳播：
基于光線的方式
近軸高斯光束分析
物理光學傳播
本系列的三篇文章旨在介紹如何創建一個高斯激光光源、如何分析光束通過光學系統時的傳播和如何使用上述三種方式優化至最小光斑。
前面我們講到了本系列文章的前兩篇：
· 高斯光束理論和基于光線的方式
· 使用近軸高斯光束工具來模擬高斯光束
本文也會介紹適用于特定情況的最佳模擬方式，是系列文章的第三篇，重點介紹如何使用物理光學傳播工具來建模高斯光束，以及何時使用哪種工具。【 聯系我們下載文章中的附件。】
簡介
激光工程師經常發現有必要對激光在光學系統中的傳播進行建模。與基于光線的方法不同，物理光學傳播 (POP) 通過傳播相干波前來模擬激光光束，因此允許對任意相干光束進行非常詳細的研究。在接下來的章節中，我們將介紹如何使用 POP 建模光束傳播。
物理光學傳播
物理光學傳播通過傳播波前來模擬光學系統中的傳播。光束由離散采樣點的陣列上的數據表示，類似于用光線進行幾何光學分析的離散采樣。整個陣列通過光學表面之間的自由空間傳播。在每個光學表面上，系統會計算一個將光束從光學表面的一邊傳播到另一邊的轉換函數。因為光束是由其全部復值電場陣列描述的，所以物理光學傳播 POP 允許仔細研究任意相干光束，包括高斯或任何形式的高階多模激光束（光束是用戶可定義的）、遠焦衍射影響或有限鏡頭孔徑的影響（如空間濾波器）。這篇文章將不會深入如何使用物理光學傳播工具的細節。
展開 1，comsol仿真厄米特高斯光束 ￥1000
本文根據《激光原理》-周炳琨這本書中的厄米特高斯光公式，在comsol中仿真了高階厄米特高斯光。
所用comsol版本為5.6版，模塊為波束包絡。
復現結果如下圖
其中TEM20厄米特高斯光的傳播動態圖如下圖所示
首先，厄米特高斯光束公式如下
該公式的難點是厄米特高斯函數H的具體表達式。它如下圖所示
有了具體表達式，接下來需要的就是紙和筆以及耐心，將高階厄米特函數推導出來，雖然上圖中給出了低階的厄米特函數，但還是推一推比較好。推好公式之后，輸入到comsol中即可重復出上面的曲線圖如下。
解決掉厄米特函數后，在光公式中存在兩個厄米特函數Hm和Hn。想要參數化掃描m和n，就可以調用不同的厄米特高斯函數該怎么辦呢？答案是用多層嵌套if語句即可。
如此一來，就不用手動一個一個替換厄米特公式，直接掃就完事了。
最后，能掃出16個厄米特高斯光束
書本上只取了其中六個進行展示
可以看到重復的還是比較好的。書本上其他圖重復出來也是沒問題的。
下面是付費內容，里面包含的內容如下圖。
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概述
當一束強激光入射到介質中后，由于強光場與介質的非線性作用，使得介質的線性折射率上會疊加與入射光強相關的非線性折射率。當入射光束的光強呈現空間上的非均勻分布時，由此引入的非線性折射率也是非均勻的，這將使不同空間位置的光所經歷的光程長度不同，即介質對入射光束的作用等價于光學透鏡，從而導致光束的自行聚焦效果。
特別地，當入射光束強度沿垂直光軸的界面內呈高斯形時，且強度足夠產生非線性效應的情況下
FRED 應用：光束足跡分析18天前
簡介
當一個分析請求執行時，重要的是記住在FRED中的分析面只是在光線追跡結束后的后處理(過濾)光線。在光線追跡的過程中，它們不收集光線信息，無論光線的軌跡是否穿過分析網格。那么問題來了，“如何分析在光線追跡的過程中光線穿過光學空間的光場？”
一種選擇是使用FRED探測器實體(Detector Entity)結構。探測器實體與分析面類似，不過它們可以放在任何光學空間，而且可以在光線追跡的過程中動態地收集光線信息
FRED 應用：光束足跡分析18天前
文章使用如下圖像所示的光學系統。我們的目的是分析沿著如下所示的光路多個平面的處的光束足跡。
設置計算
盡管FRED沒有一個內置的“光束足跡分析”程序，但我們將在FRED中使用探測器實體結構來實現類似的功能。
一種選擇是使用
光鑷是一種科學儀器，它利用高度聚焦的光束在亞微觀水平上操縱物體，可以用來抓取單個細胞或分子，因此在生物學、醫學和納米化學中有許多應用。
為了確保這些設置的正常功能，所用光束在整個聚焦過程中需要具有穩定的結構。雖然多種不同的基本高斯模式，Hermite或Laguerre高斯模式是該任務的良好選擇，但Chu等人首先提出的設置[Opt. Express 16, 19934-19949(2008)]使用了
建模任務
熱透鏡效應描述了由高功率入射激光束的熱力梯度引起的介質折射率的不均勻性。對于具有特定參數的高斯光束，折射率在數學上表示為溫度和輸入功率的函數[W. Koechener, Appl. Opt. 9, 2548-2553 (1970)]。這個案例展示了當輸入功率變化時，熱透鏡焦距以及聚焦光束直徑的變化。這個例子發表在
摘要
熱透鏡效應描述了由高功率入射激光束的熱力梯度引起的介質折射率的不均勻性。對于具有特定參數的高斯光束，折射率在數學上表示為溫度和輸入功率的函數[W. Koechener, Appl. Opt. 9, 2548-2553 (1970)]。這個案例展示了當輸入功率變化時，熱透鏡焦距以及聚焦光束直徑的變化。這個例子發表在[H. Zhong
衍射擴散器可以被設計來創建任何圖案。在這里，我們展示了 VirtualLab Fusion的一些可能性，以設計、優化、建模和仿真這種衍射光學元件（DOE）并把公司的標志投射到一幢大樓上。有不同的方法來生成光的圖案。利用相干激光和衍射擴散器元件，可以實現良好的效率和有趣的光紋理，這將在下面進行演示。
摘要
衍射擴散器可以被設計來創建任何圖案。在這里，我們展示了 VirtualLab Fusion的一些可能性，以設計、優化、建模和仿真這種衍射光學元件（DOE）并把公司的標志投射到一幢大樓上。有不同的方法來生成光的圖案。利用相干激光和衍射擴散器元件，可以實現良好的效率和有趣的光紋理，這將在下面進行演示。
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
圖4 介質中存在吸收時理想高斯光束的成像切片
應用一個熱透鏡對高斯光束聚焦8個月前
摘要
熱透鏡效應描述了由高功率入射激光束的熱力梯度引起的介質折射率的不均勻性。對于具有特定參數的高斯光束，折射率在數學上表示為溫度和輸入功率的函數[W. Koechener, Appl. Opt. 9, 2548-2553 (1970)]。這個案例展示了當輸入功率變化時，熱透鏡焦距以及聚焦光束直徑的變化。這個例子發表在[H. Zhong, J. Opt. Soc. Am.
