贝塞尔高斯光束的衍射场计算方法、装置、设备及介质制造方法及图纸

本申请公开了一种贝塞尔高斯光束的衍射场计算方法、装置、设备及介质，贝塞尔高斯光束由离轴锥反射镜的锥面将以一预设入射角入射的高斯光束反射得到；方法包括：获取高斯光束在离轴锥反射镜上刚刚反射后形成的反射光束的第一光场分布；基于所述第一光场分布，构建一虚拟面，并获得所述高斯光束在所述虚拟面上的第三光场分布；确定第三光场分布的离散化频谱；确定贝塞尔高斯光束在预设衍射场上的离散采样点坐标集；基于离散化频谱，对离散采样点坐标集进行非均匀离散傅里叶变换，获得贝塞尔高斯光束在预设衍射场上的第二光场分布。本申请提供了一种计算离轴锥反射镜生成的贝塞尔高斯光束的衍射场的低复杂度、快速计算算法。快速计算算法。快速计算算法。

【技术实现步骤摘要】
贝塞尔高斯光束的衍射场计算方法、装置、设备及介质


[0001]本申请涉及光学领域，尤其涉及一种贝塞尔高斯光束的衍射场计算方法、装置、设备及介质。

技术介绍

[0002]相关技术中，贝塞尔高斯光束可由离轴锥反射镜的锥面将以一预设入射角入射的高斯光束反射得到。此时，贝塞尔高斯光束的衍射场光场分布可通过插值计算方法计算得到。
[0003]但是，对于贝塞尔高斯光束而言，由于插值算法的计算复杂度很高。

技术实现思路

[0004][0005]本申请的主要目的在于提供一种贝塞尔高斯光束的衍射场计算方法、装置、设备及介质，旨在解决现有离轴锥反射镜生成的贝塞尔高斯光束的衍射场计算复杂度较高的技术问题。
[0006]为实现上述目的，本申请提供一种贝塞尔高斯光束的衍射场计算方法，贝塞尔高斯光束由离轴锥反射镜的锥面将以一预设入射角入射的高斯光束反射得到；
[0007]方法包括：
[0008]获取高斯光束在离轴锥反射镜上刚刚反射后形成的反射光束的第一光场分布；
[0009]基于所述第一光场分布，构建一虚拟面，并获得所述高斯光束在所述虚拟面上的第三光场分布；
[0010]确定第三光场分布的离散化频谱；
[0011]确定贝塞尔高斯光束在预设衍射场上的离散采样点坐标集；
[0012]基于离散化频谱，对离散采样点坐标集进行非均匀离散傅里叶变换，获得贝塞尔高斯光束在预设衍射场上的第二光场分布。
[0013]在本申请可能的一实施例中，确定第三光场分布的离散化频谱，包括：
[0014]对第三光场分布进行二维快速傅里叶变换，获得离散化频谱。
[0015]在本申请可能的一实施例中，基于第一光场分布，构建一虚拟面，并获得高斯光束在虚拟面上的第三光场分布，包括：
[0016]将第一光场分布的第一光学表达式改写为中间表达式；第一光学表达式为：
[0017][0018]中间表达式为：
[0019]E1(x1,y1)＝E
01
(x1,y1)*exp(jky1sinθ)；
[0020]基于中间表达式，构建虚拟面；
[0021]获得高斯光束在虚拟面上的第三光场分布的第三光学表达式，第三光学表达式为：
[0022][0023]其中，E1(x1,y1)为反射光束在第一光场平面上的第一光场分布，离轴锥反射镜的锥面顶点位于第一光场平面上，且第一光场平面的法向和高斯光束的入射方向的夹角为预设入射角θ，第一光场平面上具有x1y1坐标系，E
01
(x1,y1)为第三光场分布，ω为高斯光束的束腰半径，k为高斯光束的波数，λ为高斯光束的波长，α为离轴锥反射镜的顶角。
[0024]在本申请可能的一实施例中，确定贝塞尔高斯光束在预设衍射场上的离散采样点坐标集，包括：
[0025]获取反射光束在第一光场平面上的光场宽度，以及贝塞尔高斯光束在预设衍射场上的衍射光场宽度和离散采样点参数；
[0026]根据光场宽度，得到反射光束在第一光场平面上的采样点数；
[0027]根据光场宽度、衍射光场宽度、采样点数以及离散采样点参数，确定离散采样点坐标集。
[0028]在本申请可能的一实施例中，根据光场宽度，得到反射光束在第一平面上的采样点数，包括：
[0029]根据反射光束在第一光场平面的x1方向上的第一光场宽度、离轴锥反射镜的顶角、高斯光束的波长以及公式一，获得反射光束在x1方向上的第一采样点数；
[0030]根据反射光束在第一光场平面的y1方向上的第二光场宽度、离轴锥反射镜的顶角、高斯光束的波长以及公式一，获得反射光束在y1方向上的第二采样点数；
[0031]其中，公式一为：
[0032][0033]其中，当L为第一光场宽度时，N为第一采样点数，当L为第二光场宽度时，N为第二采样点数。
[0034]在本申请可能的一实施例中，预设衍射场具有x2y2坐标系，离散采样点参数包括在x2方向上的第一离散采样点参数和在y2方向上的第二离散采样点参数；
[0035]根据光场宽度、衍射光场宽度、采样点数以及离散采样点参数，确定离散采样点坐标集，包括：
[0036]根据反射光束在第一光场平面的x1方向上的第一光场宽度、贝塞尔高斯光束在预设衍射场的x2方向上的第三光场宽度、第一采样点数和第一离散采样点子参数，得到贝塞尔高斯光束在x2方向上的第一离散采样点坐标子集；其中，第一离散采样点坐标子集为：
[0037][0038]根据反射光束在第一光场平面的y1方向上的第二光场宽度、贝塞尔高斯光束在预设衍射场的y2方向上的第四光场宽度、第二采样点数和第二离散采样点子参数，得到贝塞尔高斯光束在y2方向上的第二离散采样点坐标子集；其中，第二离散采样点坐标子集为：
[0039][0040]根据第一离散采样点坐标子集和第二离散采样点坐标子集，获得离散采样点坐标集；
[0041]其中，离散采样点坐标集为(m,n)，
[0042][0043][0044]其中，L
x
为第一光场宽度，L
y
为第二光场宽度，LL
x
为第三光场强度，LL
y
为第四光场强度，N
x
为第一采样点数，N
y
为第二采样点数，N
′
x
为第一离散采样点子参数，N
′
y
为第二离散采样点子参数。
[0045]在本申请可能的一实施例中，第二光场分布的光学表达式为：
[0046][0047]其中，f
s2
(p,q)满足：
[0048][0049]满足：
[0050][0051]其中，d为所述反射光束的衍射传播距离，为所述反射光束在x1方向上的频率间隔；为所述反射光束在y1方向上的频率间隔；
[0052]G1(p,q)为所述第三光场分布的离散化频谱，其中：
[0053]p＝{
‑
N
x
/2,
‑
N
x
/2+1,...,0,1,..,N
x
/2
‑
1}；
[0054]q＝{
‑
N
y
/2,
‑
N
y
/2+1,...,0,1,..,N
y
/2
‑
1}。
[0055]第二方面，本申请还提供了一种贝塞尔高斯光束的衍射场计算装置，贝塞尔高斯光束由离轴锥反射镜的锥面将以一预设入射角入射的高斯光束反射得到；装置包括：
[0056]第一光场分布计算模块，获取高斯光束在离轴锥反射镜上刚刚反射后形成的反射光束的第一光场分布；
[0057]虚拟场确定模块，用于基于所述第一光场分布，构建一虚拟面，并获得所述高斯光束在所述虚拟面上的第三光场分布；
[0058]频谱本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种贝塞尔高斯光束的衍射场计算方法，其特征在于，所述贝塞尔高斯光束由离轴锥反射镜的锥面将以一预设入射角入射的高斯光束反射得到；所述方法包括：获取所述高斯光束在所述离轴锥反射镜上刚刚反射后形成的反射光束的第一光场分布；基于所述第一光场分布，构建一虚拟面，并获得所述高斯光束在所述虚拟面上的第三光场分布；确定所述第三光场分布的离散化频谱；确定所述贝塞尔高斯光束在预设衍射场上的离散采样点坐标集；基于所述离散化频谱，对所述离散采样点坐标集进行非均匀离散傅里叶变换，获得所述贝塞尔高斯光束在所述预设衍射场上的第二光场分布。2.根据权利要求1所述的贝塞尔高斯光束的衍射场计算方法，其特征在于，所述确定所述第三光场分布的离散化频谱，包括：对所述第三光场分布进行二维快速傅里叶变换，获得所述离散化频谱。3.根据权利要求1所述的贝塞尔高斯光束的衍射场计算方法，其特征在于，所述基于所述第一光场分布，构建一虚拟面，并获得所述高斯光束在所述虚拟面上的第三光场分布，包括：将所述第一光场分布的第一光学表达式改写为中间表达式；所述第一光学表达式为：所述中间表达式为：E1(x1,y1)＝E
01
(x1,y1)*exp(jky1sinθ)；基于所述中间表达式，构建所述虚拟面；获得所述高斯光束在所述虚拟面上的第三光场分布的第三光学表达式，所述第三光学表达式为：其中，E1(x1,y1)为所述反射光束在第一光场平面上的第一光场分布，所述离轴锥反射镜的锥面顶点位于所述第一光场平面上，且所述第一光场平面的法向和所述高斯光束的入射方向的夹角为所述预设入射角θ，所述第一光场平面上具有x1y1坐标系，E
01
(x1,y1)为所述第三光场分布，ω为所述高斯光束的束腰半径，k为所述高斯光束的波数，λ为所述高斯光束的波长，α为所述离轴锥反射镜的顶角。4.根据权利要求3所述的贝塞尔高斯光束的衍射场计算方法，其特征在于，所述确定所述贝塞尔高斯光束在预设衍射场上的离散采样点坐标集，包括：获取所述反射光束在所述第一光场平面上的光场宽度，以及所述贝塞尔高斯光束在所述预设衍射场上的衍射光场宽度和离散采样点参数；根据所述光场宽度，得到所述反射光束在所述第一光场平面上的采样点数；根据所述光场宽度、所述衍射光场宽度、所述采样点数以及所述离散采样点参数，确定所述离散采样点坐标集。5.根据权利要求4所述的贝塞尔高斯光束的衍射场计算方法，其特征在于，所述根据所
述光场宽度，得到所述反射光束在所述第一平面上的采样点数，包括：根据所述反射光束在所述第一光场平面的x1方向上的第一光场宽度、所述离轴锥反射镜的顶角、所述高斯光束的波长以及公式一，获得所述反射光束在所述x1方向上的第一采样点数；根据所述反射光束在所述第一光场平面的y1方向上的第二光场宽度、所述离轴锥反射镜的顶角、所述高斯光束的波长以及所述公式一，获得所述反射光束在所述y1方向上的第二采样点数；其中，所述公式一为：其中，当L为所述第一光场宽度时，N为所述第一采样点数，当L为所述第二光场宽度时，N为所述第二采样点数。6.根据权利要求4所述的贝塞尔高斯光束的衍射场计算方法，其特征在于，所述预设衍射场具有x2y2坐标系，所述离散采样点参数包括在x2方向上的第一离散采样点参数和在y2方向上的第二离散采样点参数；所述根据所述光场宽度、所述衍射光场宽度、所述采样点数以及所述离散采样点参数，确定所述离散采样点坐标集，包括：根据所述反射光束在所述第一光场平面的x1方向上的第一光场宽度、所述贝塞尔高斯光束在所述预设衍射场的x2方向上的第三光场宽度、所述第一采...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵帅，严启峰，钟志成，
申请(专利权)人：季华实验室，
类型：发明
国别省市：