[发明专利]一种改进的二维空间中高斯光束的几何光线束表示方法

摘要

本发明公开了一种改进的二维空间中将高斯光束等价为几何光线束的表示方法。在高斯光束的光腰位置上，将其有效半径ω₀乘以一个合理的放大系数作为新的考察半径，在考察半径内选取一系列发光点，每个发光点的发射光线数目根据高斯分布函数取值，每个发光点的发射角度范围根据改进的角度约束公式取值。光线追迹之后对光线进行统计时对每一统计小区间内的所有光线所携带的振幅和相位进行求和即可。本方法与现有其他方法相比具有更直观、更合理、统计光强更方便的优点。本发明还公开了利用该方法处理高斯光束传输变换的两个实例：高斯光束经球面透镜系统和棱锥后的光强分布问题。

主权项

1.一种改进的二维空间中高斯光束的几何光线束表示方法，可以将高斯光束有效半径ω0内部和外部的所有光场全部用几何光线表示，可用于处理高斯光束经过平面、球面、非球面以及其他各种可以严格光线追迹计算的光学表面和元件后光束的光腰位置、光斑半径以及光强分布问题，其特征在于包含下述步骤：(1) 假定高斯光束沿z方向传播，其光腰位置为z0，光腰半径为ω0、光束质量因子为M2，在其光腰处的x方向上取一系列发光点{z0，x}，具体写为{z0，‑fexpand﹒ω0}, {z0，‑fexpand﹒ω0 +Δx }, {z0，‑fexpand﹒ω0 +2Δx }, ……, {z0，fexpand﹒ω0}，其中fexpand表示相对于光腰半径ω0的扩展倍数，取值在2‑3之间为宜，Δx取值要在计算耗时和计算精度内之间合理取值，尽可能小一些；(2) 对每一个发光点{ z₀，x}，根据其坐标中x分量的数值大小，确定该发光点的发射光线数目N=Round(),其中N₀表示高斯光束中心处发射光线数目，N₀取值要在计算耗时和计算精度内之间合理取值，尽可能大一些，Round函数表示取最靠近的整数； (3) 将N条发射光线均匀分配到角度范围{， }之内，其中表示激光的波长。