简介激光系统常使用一个称为空间滤波器的小孔。通过去除光束中的高阶模和噪声空间滤波器是一种用于提高激光质量的技术。为了在FRED中准确模拟激光通过一个空间滤波器光在通过滤波器之后光场的重新合成是非常重要的。这样做将会精确的模拟在孔径上的裁剪。在本篇文章中将会阐述Gabor分解的光合成技术。相干光的高斯子束模型通过使用一个称为高斯光束分解GBD的技术可以在FRED中实现相干光的模拟。光场被分成独立的高斯子束相互之间是相干传播的。每个子束由一组光线表示图1主光线沿着子束的轴。八个二级光线包括代表光束腰的四个正交二级束腰光线和代表光束发散度的四个正交二级发散光线。在光线追迹的过程中主光线决定了所有二级光线的命运如果主光线通过了一个孔径假设则所有的二级光线必须通过该孔径。这项使用光线来表示高斯子束的技术被称为复合光线追迹。图1.高斯子束的复合光线表示如果激光在一个空间滤波器处聚焦则在相干光线追迹中的大多数主光线将会通过孔径。这忽略了剪裁的影响。为了正确的模拟剪裁在空间滤波平面的光场应该在孔径内重新采样产生一组新的光线用于通过系统的进一步传播。14μm空间滤波器内的Gabor分解在FRED中模拟的一个空间滤波系统如图2所示。创建了相干准直的He-Ne激光束。光源由直径为6mm的椭圆孔径内的21*21条光线组成。光线通过焦距为52mm的平凸透镜。空间滤波器放置在焦点上。空间滤波器的直径是基于透镜焦距和光束直径计算而得。通过添加FRED自定义元件Custom Element可以创建空间滤波器小孔它由半径为0.007mm的圆弧曲线描述。在空间滤波器位置处创建了一个1*1的吸收平面。在该平面上指定了一个分析面64*64μm宽257*257像素来收集光场。绘制光场之后用户需要右键点击并选择相干场操作/应用剪裁到场Coherent Field Operations / Apply Clipping to Field选择已经创建好的剪裁曲线。光场现在已经得到了正确的剪裁图3。图2.He-Ne激光束的空间滤波器图3.用空间滤波孔径剪裁光场的结果最后剪裁区域内将会产生一组新的复合光线。使用Gabor分解可以实现它。在剪裁光场的图中用户需要右键点击并选择相干场操作/合成场Coherent Field Operations / Synthesize Field.。相干场合成参数如图4所示。最后一步是选择“追迹现有的Trace Existing”来模拟通过空间滤波器的光线传播。图5显示了通过具备光场合成的准直透镜后的辐照度分布与忽略了空间滤波器剪裁的分布作比较。显然光场合成精确的模拟了减小的光束直径和预期的衍射特性。图4.相干场的合成参数。Gabor分解是一种定向合成它要求最大的子束半孔径。最大的光线位移设置为1以保证光束重叠。最大光线角由下一个元件的直径决定。在这个例子中准直透镜最大角至少要达到8°。图5 经过准直透镜的辐照度分布。左光场已经使用空间滤波器正确的重新合成。右没有光场合成所有复合光线畅通无阻地通过空间滤波器同时忽略了剪裁。FRED具有使用高斯子束模拟相干光传输的能力。该方法适用于光线在自由空间传播剪裁光束的光学元件应该小心处理。正如空间滤波器非常小的孔径需要光场的重新合成以精确的模拟光束的剪裁。使用一个简单的例子Gabor分解已经证实可以准确的模拟激光系统中空间滤波器的影响。Gabor分解的其他应用包括具备混合模式的空间滤波器的使用、单色仪缝隙孔径和杨氏缝隙/小孔干涉仪。参考文献[1] Herloski, R. et al “Gaussian Beam Ray-Equivalent Modeling and Optical Design”, Applied Optics, Vol. 22, No. 8, p. 1168-1174, April 1983 (Erratum, Applied Optics, Vol 22, No. 20, p 3151).[2] P. D. Einzinger, S. Raz and M. Shapiro, “Gabor Representation and Aperture Theory”, J. Opt. Soc. Am. A, 3 (4) (April 1986).