科技创新导报基于Zemax的多模高斯光束拟合①(1防化研究院第二研究所北京102205；中国人民解放军92785部队河北秦皇岛066200:2中国西昌卫星发射中心四川西昌615000；3防化指挥工程学院北京102205；中国人民解放军96123部队吉林通化134103)簧要：提出了一种基于Zmax的多模高斯光束拟和方法，与理论的多模高斯光束进行了比较，并仿真分析了共传输情况。结果表明，该方法拟和的多模高斯光束在远场情况下与理论符合较好，可以用于多种情况下光束传输仿真中的光束建模。中图分类号：043文献标识码：A文章编号：1674-098X(2009)07(a)-0025-02基模高斯光束是激光器所能产生的理-v)exp想模式，但是实际工程应用中的激光束很忠杂散光等情况，更符合实际激光束的情难达到这种理想模式，比较合乎实际的光况。因此，考忠采用此追迹模式来进行多模束模型是多模高斯光束，亦称厄米高斯光2R高斯光束拟合，基准光源类型选用Source其中束。有关多模高斯光束在光学系统和大气Diode,其横向及纵向发散角可控，通过多中的传输研究很多1-】，但是采用的都是理m,n=0、1、2、光源叠加来达到拟合的目的。论模型，未见有软件仿真中采用的拟和模(3)以TEM12模为例来进行拟合。假设多型，这给软件仿真造成了不便。例如，Zenax设入射发散角为1.2×1.5mrad,波长模激光束横向发散角为1.2mrad,纵向发散作为一种普遍应用的光学设计和仿真分析1.06μm.在距离束腰40■距离处的TEM12角为1.5rad,横截而功率为12阶模式，则软件，具有强大的激光束传输仿真功能，并模高斯光束及其x、y方向的光强分布曲线需要六光源进行叠加。对每一个光源取合提供了序列模式和非序列模式的基模高斯如图1所示。适的发散度(Zemax定义为半导体激光源的光束模型[)，但是却没有多模高斯光束模束散角)、倾斜度和功率值进行模拟，并采型，这给其应用带来了较大限制。本文根据2基于Zma孤的多模高斯光束拟和用衍射模式追迹。采用衍射模拟的好处在厄米高斯光束光场表达式为基准，提出一Zemax具有序列(sequential)和非序列于符合多模光束的产生机理，但是Zenax只种利用Zenax来进行多模高斯光束拟和的能考忠单级衍射，不能同时考忠几级衍射新方法。结果表明拟和可用。种模式中，sequential模式下可以使用物理同时发生的情况，因此不能模拟其各衍射光学传播插件中的beam definition来定义光斑所占有的功率比例，因此在模拟的过1理想的多模高斯光束高斯光束，但是只能定义基模高斯光束。程中需要对检测器上的每一级衍射光斑进设激光束沿z轴传播，m,n表示横模序non-sequential模式下有多种光源模型，包行功率累加。各衍射光斑的详细功率分布数，E(x,y,)表示TEM模在z=z处的光括高斯光束、半导体高斯光、椭圆高斯光束情况及x、y方向的衍射次序如表1所示。叠图1理想情况下的TEM12高斯光束及其x,y方向的光强分布曲线表1各光源选取参数处的光束横截而上激光束的实际光场分布，则有左上3.50.650.40.010.012左下3.50.650.10.01式中，a是参与激光振荡的TEM模的00.450.00650.01强度，相当于处于TEM态的光子数，根据10-0.450.00850.01谐振腔理论（只考忠稳定腔）可以计算E上3.5-0.650.01(x,y,z。).在轴对称情况下，TEM模的场分右下3.5-0.650.40.010.012布是厄米多项式与高斯函数的乘积①作者简介：韩冰，男，1983年9月生，河北唐山人，硕士研究生。251994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net加的结果如图2所示，总功率13.911W,尺寸48×36mm,最高功率密度4.0727W/图3所示为距离为30■时的光强分布，光斑尺寸约为300×240m.随着传输距离的增加，由于衍射的影响，多模光束逐渐向单一模式转变，并且逐渐变成实心光束，这与激光束的实际传输情况是吻合的。由于此光束是从一点开始模拟而得出的，其最高功率密度近似与距离的平方成反比，总功率保持不变。3结语光束拟和的方法与理论多模高斯光束比较吻合，衍射传输情况及远场光强分布与实台，可以方便用于光束传输仿真同理，采用此方法同样可以模拟其他模式的多模高斯光束以及其他类型的高斯光束例如平顶高斯光束、超高斯光束等等。参考文献们刘宏展，徐荣伟，刘立人，等.圆孔受限波差高斯光束的远场近似及发散度分析[J].光学学报，2006,26(1)：131-135.☒谭荣清.高斯光束通过光阑的传输[丁].激光杂志，2003,24(3)：7-8.)贾雪梅，谢兴龙.高斯光束通过空间滤波器的传输特性[].中国激光，2006,33(9):1220-1224.ZEMAX Development Corporation.ZEMAX Optical Design Progran User's Guide [EB/OL].[2005-02-03].http://www.Zenax.Con.16,0时吕百达.激光光学(3版).北京：高等教有出版社，2003.图2距离为40m时模拟的TEM12高斯光束及共x,y方向的光强分布曲线7.8E-图3距高为30km时的模教TEM12高斯光束26科技创新导报Science and Technology Innovation HeraldC 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net