自由空間光束衍射傳輸優(yōu)化計(jì)算方法研究.pdf

1、衍射光學(xué)計(jì)算與仿真是很多現(xiàn)代光學(xué)系統(tǒng)如激光器諧振腔和光束整形系統(tǒng)等設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ),快速精確的衍射光學(xué)計(jì)算與仿真對(duì)這些光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化具有重要的指導(dǎo)意義。本文主要圍繞自由空間光束衍射傳輸?shù)膬?yōu)化計(jì)算方法開(kāi)展研究:
　　(1)研究了一種可針對(duì)任意非球面諧振腔鏡的有源諧振腔模擬仿真方法。該方法將任意面型的諧振腔鏡面當(dāng)做一個(gè)相位調(diào)制器,空間分布的增益介質(zhì)劃分成為多個(gè)增益平板,采用高效的快速傅里葉變換方法進(jìn)行計(jì)算仿真。論文總結(jié)了基于快速傅

2、里葉積分方法和高斯積分傳輸方法的取樣規(guī)律。論文提出了一種平底鍋形鏡面激光諧振腔,實(shí)驗(yàn)中獲得了M2因子為2.66的環(huán)形激光模式輸出。應(yīng)用該方法對(duì)平底鍋形鏡面激光諧振腔進(jìn)行模擬計(jì)算,結(jié)果與實(shí)驗(yàn)相吻合。
　　(2)傳統(tǒng)的基于快速傅里葉變換的方法僅適用于菲涅爾積分區(qū)域,而且只可選取不同尺寸的窗口大小,不能同時(shí)選取不同的取樣數(shù)目。本文提出一種基于嚴(yán)格角譜傳播理論和快速傅里葉變換的高效計(jì)算方法,可用于計(jì)算入射平面和觀察平面上的窗口尺寸和取樣數(shù)

3、目都不一樣的情況,可精確分析菲涅爾積分區(qū)域以外的衍射光場(chǎng)分布。
　　(3)由于啁啾函數(shù)不是帶限函數(shù),傳統(tǒng)的角譜傳播方法只適合于近距離衍射傳輸計(jì)算。帶限的角譜傳播方法中,只有滿足乃奎斯特取樣定理的帶寬可用于角譜傳播,這種處理使得有效取樣數(shù)目隨著傳輸距離的增加而減少,從而導(dǎo)致了計(jì)算精度的下降。本文提出一種高精度的用于計(jì)算遠(yuǎn)距離傳輸?shù)慕亲V方法,在任何傳輸距離上的計(jì)算精度都比傳統(tǒng)的角譜傳播方法和帶限角譜傳播方法的計(jì)算精度高,而且完全避免取

4、樣混疊引起的誤差,計(jì)算時(shí)間不隨取樣窗口尺寸變化而變化,與傳統(tǒng)方法的計(jì)算時(shí)間是可比擬的。
　　(4)傾斜平面間衍射傳輸?shù)膫鹘y(tǒng)計(jì)算方法是基于輸入光場(chǎng)的空間角譜的旋轉(zhuǎn),這種方法會(huì)使得在空間頻率域的取樣間隔變得不均勻,通常需要空間角譜插值?？臻g角譜插值帶來(lái)的誤差是無(wú)法估計(jì)和控制的,尤其是平面傾斜角度較大的情況。本文提出了一種可用于傾斜平面間衍射傳輸?shù)木_計(jì)算方法。首先,將傾斜平面間衍射傳輸問(wèn)題被轉(zhuǎn)化為一個(gè)基于非均勻取樣點(diǎn)上的離散傅里葉變換

5、問(wèn)題,然后使用標(biāo)準(zhǔn)的非均勻離散傅里葉變換方法來(lái)得到傾斜平面上的光場(chǎng)分布。這種計(jì)算方法能夠估計(jì)和控制計(jì)算精度。
　　(5)論文對(duì)射頻板條CO2氣體激光器的放電特性進(jìn)行了研究,分析了放電電壓、放電電流、工作氣壓、放電間距和激勵(lì)電源頻率對(duì)射頻放電等離子體等效電路模型的影響。根據(jù)傳輸線理論對(duì)極板電壓分布進(jìn)行了計(jì)算,結(jié)果表明自激式射頻電源的振蕩頻率、極板的放電間距和諧振電感的電感量和位置對(duì)極板電壓分布影響很大,需要嚴(yán)格控制。通過(guò)計(jì)算得到了優(yōu)