一種基于等效相位屏法的非理想光源模擬方法
【專利摘要】一種基于等效相位屏法的非理想光源模擬方法，使用等效湍流相位屏作為光源的初始像差，等效相位屏的強度與待模擬光源的光束質量有關。該方法可以應用到平面波和高斯波等不同光源，根據給定的β因子仿真出光源的光場，然后計算光場的β因子并與設定值進行對比，該方法可以準確的模擬出具有給定β因子的光源。
【專利說明】一種基于等效相位屏法的非理想光源模擬方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于激光系統仿真【技術領域】，具體涉及一種基于等效相位屏法的非理想光源模擬方法。
【背景技術】
[0002]對于激光系統的研究和探索，多采用傳統的基于試驗的方法，具有研制周期長、研制費用高和研制風險不可控等問題。而仿真技術的發展為其提供了新的解決方法，并且隨著仿真技術的發展，數值仿真在激光系統中所占的比重越來越大，發揮了越來越重要的作用(謝曉鋼，陶應學等.基于組件的開放式建模仿真軟件研究.系統仿真學報，2011，23(10):2089-2097.)。
[0003]激光系統仿真中，光源對整個仿真系統各個組成部分，如光束控制、光束傳播等都會帶來深刻的影響，對于光源的建模與仿真成為不可或缺的一部分。對于實際光源，受加工工藝、高溫、模式控制等原因影響，往往造成其光束質量下降而不再是理想光束。并且，實際光場的復振幅難于測量，如何對光束質量下降的實際光束進行仿真是面臨的一個新的問題。
[0004]以往對光源的仿真通常采用理想的平面波或基膜高斯光束，對于光束質量的研究，也多從測量方面進行不同指標的評價(劉澤金，周樸，許曉軍.高能激光光束質量通用評價標準的探討[J].中國激光，2009(4).)，而對于一定光束質量的非理想光源的仿真，目前研究還比較少。所以，從仿真的角度對不同光束質量的非理想光束進行模擬是十分必要并且具有很大前景的。
[0005]對光束質量的定義，有多種不同的評價參數，如聚焦光斑尺寸、衍射極限倍數β因子、桶中功率和M2等。對于平面波,如果以光束遠場光斑的質心為中心,光斑半徑r內的環圍能量達到理想平面波遠場光斑一級暗環R0內的能量，則光束質量因子為:β = R/%。對于仿真來說，光斑半徑是等效值而非實測值，是由遠場的光強分布計算而得，最為嚴格的計算光斑半徑的方法為二階矩法，但對于光強分布有離散的光斑，用二階矩計算的光斑尺寸會與實際光斑相差很遠。從仿真應用的角度，可以用套桶法計算光斑半徑:
【權利要求】
1.一種基于等效相位屏法的非理想光源模擬方法，其特征在于包括以下步驟: (1)對于光束質量為β的待模擬非理想光束，根據光束質量因子β與A的關系，求解對應的大氣相干長度IV β值越大,相應的A越小； (2)實際仿真過程中，根據求得的！^計算生成Kolmogorov譜相位屏，并作為等效相位屏； (3)以得到的等效相位屏作為光源的初始相位，計算模擬光場的遠場光斑并求解模擬結果的光束質量β因子； (4)在此基礎上，通過對比β的初始值與仿真計算結果，不斷對的值進行上下微調，計算新的等效相位屏； (5)利用新相位屏重復步驟(3)； (6)如此反復迭代運算，直到β的仿真精度達到一定要求。
2.根據權利要求1所述的基于等效相位屏法的非理想光源模擬方法，其特征在于:所述步驟(1)中的求解對應的大氣相干長度^的公式為:
3.根據權利要求1所述的基于等效相位屏法的非理想光源模擬方法，其特征在于:所述步驟(2)中的根據求得的A計算生成Kolmogorov譜相位屏,并作為光源的初始相位,疊加在光源的光場上，并且根據湍流相位屏的性質可知，^越小，湍流越強，代表的光源光束質量越差，其中，生成相位屏的方法采用譜反演法。
4.根據權利要求1所述的基于等效相位屏法的非理想光源模擬方法，其特征在于:所述步驟(3)中的計算模擬光場的遠場光斑并求解模擬結果的光束質量β因子具體過程如下: 首先，計算遠場光斑質心，跟功率密度分布I U，y, ζ)的一階矩可以得到光束分布的質心位置坐標如下:
5.根據權利要求1所述的基于等效相位屏法的非理想光源模擬方法，其特征在于:所述步驟(4)到步驟(6)中對r(ι的調節直至收斂過程如下:在迭代過程中，對^值及其步長Ar。的調整方法如下:設定初始Arc^P標志位，標志位代表當次β計算值和設置值的比較結果；第一，當仿真結果計算的β值大于設定值時，增大IV同時，根據標志位的變化，增大或減小Arci;第二，當仿真結果計算的β值小于設定值時，減小A ;同樣,根據標志位變化增大或減小Λ r。
【文檔編號】G06F17/50GK103605860SQ201310618377
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月28日 優先權日:2013年11月28日
【發明者】王靜, 張宇, 呂品 申請人:中國科學院軟件研究所