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二维线性调频Z变换用于光束质量β因子计算

王艳茹,冉铮惠,丁宇洁

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王艳茹, 冉铮惠, 丁宇洁. 二维线性调频Z变换用于光束质量β因子计算[J]. , 2020, 13(5): 965-974. doi: 10.37188/CO.2020-0079
引用本文: 王艳茹, 冉铮惠, 丁宇洁. 二维线性调频Z变换用于光束质量β因子计算[J]. , 2020, 13(5): 965-974.doi:10.37188/CO.2020-0079
WANG Yan-ru, RAN Zheng-hui, DING Yu-jie. Beam quality β factor calculation based on two-dimensional chirp Z transformation[J]. Chinese Optics, 2020, 13(5): 965-974. doi: 10.37188/CO.2020-0079
Citation: WANG Yan-ru, RAN Zheng-hui, DING Yu-jie. Beam qualityβfactor calculation based on two-dimensional chirpZtransformation[J].Chinese Optics, 2020, 13(5): 965-974.doi:10.37188/CO.2020-0079

二维线性调频Z变换用于光束质量β因子计算

doi:10.37188/CO.2020-0079
基金项目:国防科工局技术基础项目(No. JSJL201712B002)
详细信息
    作者简介:

    王艳茹(1983—),女,陕西渭南人,博士研究生,高级工程师,2011年于中国科学院光电技术研究所获得博士学位,目前主要从事光学计量与检测技术方面的研究工作。E-mail:wyr3235@163.com

  • 中图分类号:O438

Beam qualityβfactor calculation based on two-dimensional chirpZtransformation

Funds:Supported by Basic Technology Project of Science Technology and Industry for National Defense (No. JSJL201712B002)
More Information
  • 摘要:本文提出了一种基于二维线性调频 Z变换的衍射光场分布快速计算方法,该方法在不增加运算量的情况下可以显著提高光场分布的图像分辨率,进而能够得到更准确的光束质量 β因子值。在算法正确性验证的基础上,本文数值模拟了不同光束波前畸变的均方根RMS值与光束质量 β因子的对应关系。仿真结果表明,在像差分布RMS值相同的前提下,几种低阶像差类型中球差类型的像差对光束质量的影响最大。为了模拟不同光斑分布形态,随机Zernike像差组合方式的光束质量 β因子的仿真计算结果表明:相同的RMS值情况下,高阶像差占比较高的像差组合方式对应的光束质量 β因子较大。

  • 图 1二维Z变换算法流程图

    Figure 1.Flowchart of two-dimensional chirpZtransformation (CZT)

    图 2(a)线性调频Z变换的计算路径和(b)透光孔函数

    Figure 2.(a) The calculation path of CZT algorithm and (b) transparent hole function used in the calculation

    图 3(a)探测面上的衍射光强分布及(b)衍射强度曲线

    Figure 3.(a) Diffraction intensity distribution at the detection plane and (b) diffraction intensity curve in one dimension

    图 4(a)s-fft算法及(b)CZT算法的衍射强度分布

    Figure 4.Diffraction distributions of (a) s-fft algorithm and (b) CZT algorithm

    图 5(a)彗差和(b)球差对应的探测面上的衍射强度分布

    Figure 5.Diffraction distributions of (a) coma wavefront aberration and (b) spherical wavefront aberration

    图 6(a)光束质量β因子和(b)桶中功率PIB随波像差RMS值的变化关系

    Figure 6.(a)Beam qualityβfactor and (b) PIB changing with RMS of wavefront aberration

    图 7随机像差对应的光束质量β因子波动(a)和β因子的统计分布(b)

    Figure 7.(a)Fluctuation ofβfactor with random wavefront aberrations and (b) statistical distribution of theβfactor

    图 8Zernike多项式系数分布图

    Figure 8.Coefficient ofZernike polynomial

    图 9不同均方根RMS值的随机像差对应的β因子变化情况

    Figure 9.Variation in theβfactor corresponding to random wavefront aberrations for different RMS values

    表 1光束质量β因子统计结果

    Table 1.Statistical results of theβfactor

    波像差RMS值 β因子统计均值 β因子标准偏差
    0.1λ 2.50 0.06
    0.2λ 4.42 0.04
    0.3λ 6.56 0.07
    0.4λ 8.66 0.10
    0.5λ 10.81 0.13
    0.6λ 12.64 0.16
    0.7λ 14.87 0.18
    0.8λ 17.11 0.21
    0.9λ 18.67 0.22
    1.0λ 20.90 0.24
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出版历程
  • 收稿日期:2020-04-27
  • 修回日期:2020-05-29
  • 网络出版日期:2020-09-16
  • 刊出日期:2020-10-01

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