一种一维相位传播轴光场分布计算方法与流程

本发明涉及光场分布计算方法，具体涉及一种一维相位传播轴光场分布计算方法。

背景技术：

1、在对一维相位进行光场传输仿真过程中，需要对不同传输距离的光场进行分析，比如，多焦点、长焦深相位。但是，使用传统的菲涅尔衍射算法，无法快速得到不同传输距离的光场分布。原因是，通过一维相位经过菲涅尔衍射计算可以得到某个特定距离的光场分布，但若要分析不同传播距离z1,z2,z3…zi(i＝1，2，…n)的光场分布，即传播轴的光场分布，就需要进行n次菲涅尔衍射的计算，计算过程需耗费大量的时间。

技术实现思路

1、针对一维相位传播轴光场分布采用菲涅尔衍射计算，其计算过程需耗费大量时间、计算速度慢的问题，本申请提供一种一维相位传播轴光场分布计算方法，通过将目标光场的菲涅尔衍射积分转化为相应的矩阵乘积，通过矩阵之间的计算可直接得到一维相位的传播轴光场分布，极大提高了仿真速度和效率。

2、本发明提供的技术方案如下：

3、本发明提供一种一维相位传播轴光场分布计算方法，包括步骤：

4、将目标光场的菲涅尔衍射积分中的输出光场的笛卡尔直角坐标设置为零，并对输入光场的笛卡尔直角坐标和传播距离进行离散化处理；

5、目标光场的菲涅尔衍射积分公式为：

6、

7、其中，z为传播距离，λ为光波长，k为波矢，x1为输入光场的笛卡尔直角坐标，x2为输出光场的笛卡尔直角坐标，u为目标光场，u为输入光场；

8、将目标光场的菲涅尔衍射积分符号内的表达式及积分符号外的表达式转化为矩阵表达式；

9、根据积分符号内的矩阵表达式和积分符号外的矩阵表达式将目标光场的菲涅尔衍射积分转化为矩阵乘积的形式；

10、根据离散的输入光场的笛卡尔直角坐标和传播距离运算所述矩阵乘积获得一维相位经菲涅尔衍射在传播轴上的光场分布。

11、进一步优选地，所述将目标光场的菲涅尔衍射积分符号内的表达式及积分符号外的表达式转化为矩阵表达式，具体为：

12、积分符号外的表达式转化为矩阵表达式：

13、

14、积分符号外的表达式转化为矩阵表达式：

15、

16、

17、进一步优选地，根据积分符号内的矩阵表达式和积分符号外的矩阵表达式将目标光场的菲涅尔衍射积分转化为矩阵乘积的形式，具体为：

18、

19、进一步优选地，离散的输入光场的笛卡尔直角坐标和传播距离具体为：

20、

21、其中，n1和n2均为离散的数量；

22、离散后的矩阵表达式为：

23、

24、依据上述实施例的一维相位传播轴光场分布计算方法，通过将目标光场的菲涅尔衍射积分转化为相应的矩阵乘积，通过矩阵之间的计算可直接得到一维相位经过菲涅尔衍射在传播轴上的光场分布，无需进行n次菲涅尔衍射计算，大提高的计算效率，极大提高了仿真速度和效率。

技术特征：

1.一种一维相位传播轴光场分布计算方法，其特征在于，包括步骤：

2.如权利要求1所述的一维相位传播轴光场分布计算方法，其特征在于，所述将目标光场的菲涅尔衍射积分符号内的表达式及积分符号外的表达式转化为矩阵表达式，具体为：

3.如权利要求2所述的一维相位传播轴光场分布计算方法，其特征在于，根据积分符号内的矩阵表达式和积分符号外的矩阵表达式将目标光场的菲涅尔衍射积分转化为矩阵乘积的形式，具体为：

4.如权利要求3所述的一维相位传播轴光场分布计算方法，其特征在于，离散的输入光场的笛卡尔直角坐标和传播距离具体为：

技术总结
一种一维相位传播轴光场分布计算方法，包括步骤：将目标光场的菲涅尔衍射积分中的输出光场的笛卡尔直角坐标设置为零，并对输入光场的笛卡尔直角坐标和传播距离进行离散化处理；将目标光场的菲涅尔衍射积分符号内的表达式及积分符号外的表达式转化为矩阵表达式；根据积分符号内的矩阵表达式和积分符号外的矩阵表达式将目标光场的菲涅尔衍射积分转化为矩阵乘积的形式；根据离散的输入光场的笛卡尔直角坐标和传播距离运算所述矩阵乘积获得一维相位经菲涅尔衍射在传播轴上的光场分布。通过将目标光场的菲涅尔衍射积分转化为相应的矩阵乘积，通过矩阵之间的计算可直接得到一维相位的传播轴光场分布，极大提高了仿真速度和效率。

技术研发人员：杨安连,胡敬佩,曾爱军,黄惠杰
受保护的技术使用者：上海镭望光学科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17