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Zemax光学设计实例（97）---用POP模拟激光光束的高阶模式

2021-12-20 11:00| 发布者：Davis| 查看：527| 评论：0|原作者: 小小光08

摘要：本文介绍了在Zemax中使用POP模拟激光光束的高阶模式，包括厄米特-高斯光束和拉格朗日-高斯光束。详细讲解了如何使用内建POP设定对话框来模拟不同阶次的厄米特-高斯光束，并且介绍了Zemax提供的拉格朗日光束DLL文件的使用方法。

可以在ZEMAX中使用物理光学传播POP来表征激光光束的高阶模式。

（1）厄米特-高斯光束（Hermite-Gaussian）

在方形孔共焦腔或方形孔稳定腔中，各高阶高斯光束，其横截面内的场分布可由高斯函数与厄米特多项式的乘积来描述。

上式中，z为光束相对束腰的沿轴向距离，k为光束波数(=2π/λ)，w0是束腰，w(z)、R(z)分别为光束相对束腰距离z位置处的尺寸，相位曲率半径，m和n分别为X和Y方向的阶次。

厄米特-高斯光束的各阶次模式：

对于厄米特-高斯光束，在ZEMAX中使用内建POP设定对话框下的“GaussianWaist”光束定义来模拟。

POP设置，如下图：

在Beam Definition对话框中，Beam Type选“Gaussian Waist”。

Waist X和Waist Y为X方向和Y方向的束腰大小。

Order X和Order Y为X方向和Y方向的模式阶次。

TEM00，即Order X和Order Y设置都为0时，如下图：

TEM30，即Order X设置为3，Order Y设置为0时，如下图：

TEM22，即Order X和Order Y设置都为2时，如下图：

需要知道的是，Waist X和Waist Y的大小也可以不相等的。

TEM22，Waist X为1，Waist Y为0.5时，如下图：

（2）拉格朗日-高斯光束（Laguerre-Gaussian）

在柱对称稳定腔（包括圆形孔径共焦腔）中，各高阶高斯光束，其横截面内的场分布可由高斯函数与缔合拉格朗日多项式的乘积来描述。

拉格朗日-高斯光束的各阶次模式：

这个模式可以在ZEMAX中使用拉格朗日光束DLL文件，ZEMAX在安装时有提供这个文件，如下图：

上图中，Beam Type选DLL，在File中选择“Laguerre Beam.dll”，n为光束在径向的阶数，l为光束在角向的阶数，wo为光束束腰，phi0为该模式下的旋转角度。

TEM00，n和l都为0，wo为1，phi0为360，如下图：

TEM20，n为2，l为0，wo为1，phi0为360，如下图：

TEM02，n为0，l为2，wo为1，phi0为90，如下图：

TEM20，n为3，l为4，wo为1，phi0为45，如下图：

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