[已解决]物理光学传播光束定义界面的参数设置问题

xiguaiii

最近在模拟的时候需要知道高斯光束入射到光学元件后的光强分布情况，光路：系统设置1.6mm入瞳直径的高斯光束通过鲍威尔棱镜和光栅等元件。在搜索后发现“物理光学传播”能够针对高斯光束体现光强情况。但是在使用过程中遇到了以下问题，希望各位大佬能一起讨论、解决一下：
1.打开两个物理光学传播窗口，分别显示选择x截面和y截面，并勾选单独x,y，光束定义中的各项都是默认的。发现在勾选单独x,y选项前后，曲线形状略有变化，但二者的峰值辐照度一直都是统一的，我推测这个选项的作用是分别在x和y方向计算光强。我的问题是：单独x,y是否会使结果更加精确？

2.参数不变。我之前以为选择照度峰值为1，x,y截面的峰值辐照度会归一化，结果是一个小于1的数值，并且此时总功率为0.23371瓦特，峰值辐照度为0.1447瓦特/毫米^2。选择总功率为1时也会出现同样问题，此时总功率为0.59513瓦特，峰值辐照度为0.3684瓦特/毫米^2。我的问题：光束定义界面中，选择照度峰值为1和选择总功率为1有什么区别？为什么最值不是1？

3.光束定义界面的束腰x和束腰y（单位应该是mm）是对进入光学元件前的高斯光束进行限制吗？还是对到达像面的高斯光束进行限制？我查找资料时看到物理光学中NA需手动设置。我认为是对进入元件前的高斯光束进行设置，因为后面我加入了能够形成一维直线光束的鲍威尔棱镜。

最佳答案

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光之衍

2022-10-11 11:11

1、单独x,y会使结果更加精确
2、照度峰值为1是输入光束截面上的最大照度是1。
     总功率为1是输入光束的总功率是1，最大照度不一定是1。
    两者是对光源的定义，像面上的照度峰值还与光路有关。
3、光束定义界面的束腰x和束腰y是对光源进行定义

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光之衍

1、单独x,y会使结果更加精确
2、照度峰值为1是输入光束截面上的最大照度是1。
     总功率为1是输入光束的总功率是1，最大照度不一定是1。
    两者是对光源的定义，像面上的照度峰值还与光路有关。
3、光束定义界面的束腰x和束腰y是对光源进行定义

xiguaiii

光之衍 发表于 2022-10-11 16:31
1、单独x,y会使结果更加精确
2、照度峰值为1是输入光束截面上的最大照度是1。
     总功率为1是输入光束 ...

谢谢您的回答，针对第二个问题，如果我想要获得更加准确的光强分布信息，是应该选择总功率为1还是照度峰值为1呢？
我之前在计算光斑的时候，因为入射的是高斯光束（高斯光束1/e2处对应的半径认为是光斑半径），所以我是按照像面上x或y截面峰值的80%去找的光斑在x和y轴上的半径，认为剩下的20%左右的能量是可以忽略的。因为我考虑的是不同波长的光斑是分开的，如果前一波长的光斑边缘光强很弱，那么后一波长的光斑中心光强强的话，且刚好和前一光斑的边缘重合，那么就可以忽略前一波长光斑边缘的光强了，因此只考虑了包含80%辐照度对应的半径，这样有问题吗？还是说应该把所有的光强都圈入的才算光斑？


光束定义中的束腰x和束腰y是指的直径是吗？

HOTWATER

定义初始光束输入的是半径；另外最后你用来定义光束半径的方法有点问题，峰值照度80%并不对应能量80%，特别是一些非高斯分布的时候，可以考虑使用圈入能量来看，可以得到能量80%对应的半径；
ZEMAX官方文档中有一种二阶矩定义光束半径的方法，见下图公式；
最后推荐看一下官方文档对物理光学功能的说明，你的很多问题都能得到解决

xiguaiii

HOTWATER 发表于 2022-10-11 21:28
定义初始光束输入的是半径；另外最后你用来定义光束半径的方法有点问题，峰值照度80%并不对应能量80%，特别 ...

谢谢您的回复，我也按照您的建议找到了官方文件，确实给了我很大帮助。几何圈入能量我刚试了一下，确实可以通过改变类型为“仅x”和“仅y”分别得到圈入80%能量时从质心开始的这段距离。但是我模拟的有十几个波长的光斑，需要得到各自的光强分布情况，包括不同波长光斑的光强差异，几何圈入能量只有百分数，所以我选择的是用POP。


是否可以结合POP和几何圈入能量进行分析？我认为可以这样：利用POP，选择总功率为1，得到光斑在通过元件后的总功率，便于比较不同光斑的光强，利用几何圈入能量，选择仅x和仅y获得光斑的半长宽。

莱卡莱卡

回答问题3:束腰位置为你在”常规“里面设置的起始面，束腰就从这里开始计算

HOTWATER

xiguaiii 发表于 2022-10-12 13:04
谢谢您的回复，我也按照您的建议找到了官方文件，确实给了我很大帮助。几何圈入能量我刚试了一下，确实可 ...

POP也就是物理光学传播，也是可以以圈入能量的形式输出的，你可以试一试