一种基于等效相位屏法的非理想光源模拟方法
【专利摘要】一种基于等效相位屏法的非理想光源模拟方法，使用等效湍流相位屏作为光源的初始像差，等效相位屏的强度与待模拟光源的光束质量有关。该方法可以应用到平面波和高斯波等不同光源，根据给定的β因子仿真出光源的光场，然后计算光场的β因子并与设定值进行对比，该方法可以准确的模拟出具有给定β因子的光源。
【专利说明】一种基于等效相位屏法的非理想光源模拟方法
【技术领域】
[0001]本发明属于激光系统仿真【技术领域】，具体涉及一种基于等效相位屏法的非理想光源模拟方法。
【背景技术】
[0002]对于激光系统的研究和探索，多采用传统的基于试验的方法，具有研制周期长、研制费用高和研制风险不可控等问题。而仿真技术的发展为其提供了新的解决方法，并且随着仿真技术的发展，数值仿真在激光系统中所占的比重越来越大，发挥了越来越重要的作用(谢晓钢，陶应学等.基于组件的开放式建模仿真软件研究.系统仿真学报，2011，23(10):2089-2097.)。
[0003]激光系统仿真中，光源对整个仿真系统各个组成部分，如光束控制、光束传播等都会带来深刻的影响，对于光源的建模与仿真成为不可或缺的一部分。对于实际光源，受加工工艺、高温、模式控制等原因影响，往往造成其光束质量下降而不再是理想光束。并且，实际光场的复振幅难于测量，如何对光束质量下降的实际光束进行仿真是面临的一个新的问题。
[0004]以往对光源的仿真通常采用理想的平面波或基膜高斯光束，对于光束质量的研究，也多从测量方面进行不同指标的评价(刘泽金，周朴，许晓军.高能激光光束质量通用评价标准的探讨[J].中国激光，2009(4).)，而对于一定光束质量的非理想光源的仿真，目前研究还比较少。所以，从仿真的角度对不同光束质量的非理想光束进行模拟是十分必要并且具有很大前景的。
[0005]对光束质量的定义，有多种不同的评价参数，如聚焦光斑尺寸、衍射极限倍数β因子、桶中功率和M2等。对于平面波,如果以光束远场光斑的质心为中心,光斑半径r内的环围能量达到理想平面波远场光斑一级暗环R0内的能量，则光束质量因子为:β = R/%。对于仿真来说，光斑半径是等效值而非实测值，是由远场的光强分布计算而得，最为严格的计算光斑半径的方法为二阶矩法，但对于光强分布有离散的光斑，用二阶矩计算的光斑尺寸会与实际光斑相差很远。从仿真应用的角度，可以用套桶法计算光斑半径:
【权利要求】
1.一种基于等效相位屏法的非理想光源模拟方法，其特征在于包括以下步骤: (1)对于光束质量为β的待模拟非理想光束，根据光束质量因子β与A的关系，求解对应的大气相干长度IV β值越大,相应的A越小； (2)实际仿真过程中，根据求得的！^计算生成Kolmogorov谱相位屏，并作为等效相位屏； (3)以得到的等效相位屏作为光源的初始相位，计算模拟光场的远场光斑并求解模拟结果的光束质量β因子； (4)在此基础上，通过对比β的初始值与仿真计算结果，不断对的值进行上下微调，计算新的等效相位屏； (5)利用新相位屏重复步骤(3)； (6)如此反复迭代运算，直到β的仿真精度达到一定要求。
2.根据权利要求1所述的基于等效相位屏法的非理想光源模拟方法，其特征在于:所述步骤(1)中的求解对应的大气相干长度^的公式为:
3.根据权利要求1所述的基于等效相位屏法的非理想光源模拟方法，其特征在于:所述步骤(2)中的根据求得的A计算生成Kolmogorov谱相位屏,并作为光源的初始相位,叠加在光源的光场上，并且根据湍流相位屏的性质可知，^越小，湍流越强，代表的光源光束质量越差，其中，生成相位屏的方法采用谱反演法。
4.根据权利要求1所述的基于等效相位屏法的非理想光源模拟方法，其特征在于:所述步骤(3)中的计算模拟光场的远场光斑并求解模拟结果的光束质量β因子具体过程如下: 首先，计算远场光斑质心，跟功率密度分布I U，y, ζ)的一阶矩可以得到光束分布的质心位置坐标如下:
5.根据权利要求1所述的基于等效相位屏法的非理想光源模拟方法，其特征在于:所述步骤(4)到步骤(6)中对r(ι的调节直至收敛过程如下:在迭代过程中，对^值及其步长Ar。的调整方法如下:设定初始Arc^P标志位，标志位代表当次β计算值和设置值的比较结果；第一，当仿真结果计算的β值大于设定值时，增大IV同时，根据标志位的变化，增大或减小Arci;第二，当仿真结果计算的β值小于设定值时，减小A ;同样,根据标志位变化增大或减小Λ r。
【文档编号】G06F17/50GK103605860SQ201310618377
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年11月28日 优先权日:2013年11月28日
【发明者】王静, 张宇, 吕品 申请人:中国科学院软件研究所