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[Renju Peng]

老师好，

我需要模拟准直激光光束通过透镜聚焦并继续传播的过程。我使用了高斯光束+薄透镜模式，但发现光传播到不同平面的监视器上，强度曲线不服从高斯分布。

我设置了一个三维FDTD区域，X=Y=6μm，Z=1μm~-6μm，高斯光源放置在Z=1μm处，backward，薄透镜模式，NA=0.4，distance from focus=-1μm，表示焦点在Z=0处。然后我分别在Z=0,-1,-2,-3,-4,-5μm处放置了监视器。结果发现只有Z=0处的强度满足高斯分布。请问这是什么原因呢？我的设置有哪些问题呢？

[Guilin Sun]

不服从高分布就对了，透镜后面是衍射斑，你看看教科书，不可能用高斯分布来描述。尽管它也叫高斯光束，只是名称而已。

至于最后这个图片的不均匀，是仿真的数值误差造成的。一般透镜焦面距离物体不会很长距离，或者光源注射面离结构很近，这样可以把数值误差降为最小。

 

[Renju Peng]

谢谢孙老师，我之前认为的经过透镜还是服从高斯分布应该是入射光束小于透镜光阑的情况，相当于无截断。

我还想请教一下，

1.use thin lens 这个选项指的是入射到透镜的是高斯光束对吗？

2.其中的“fill lens”这个选项，指的是入射光束的束腰等于透镜的光阑吗？

3.如果不选“fill lens”的话就要输入透镜直径和光束直径，这里的光束直径指的是束腰直径吗？

[Guilin Sun]

A1： 是指平面波经过透镜汇聚的光束。因为这是合成的，所以最后的分布有用高斯函数光滑化，应该不完全是瑞利斑，可能有一点差别。但是用光束直径小于透镜实现高斯光束分布仍然有些问题，因为实际高斯光束分布很宽。这些细微差别应该不影响仿真结果，毕竟你不是要完全正确的光束分布。 具体合成方法请参考网站上给出的参考文献。

A2：因为这是合成光束，用普通教科书概念不好直接套用，内部具体如何处理的不清楚，建议使用缺省设置。

A3：这时的束腰直径有什么意义呢？普通高斯光束没有数值孔径的概念，现在有用这个概念。如果光束直径小于透镜直径，那设置的NA还有什么意义呢？此时发散角是多少？

我觉得用ThinLens最关键的是发散角，它由数值孔径决定。如果两个直径不等，就不能保证所指定的发散角。

请再琢磨一下。