1、衍射光學(xué)計算與仿真是很多現(xiàn)代光學(xué)系統(tǒng)如激光器諧振腔和光束整形系統(tǒng)等設(shè)計的理論基礎(chǔ),快速精確的衍射光學(xué)計算與仿真對這些光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計與優(yōu)化具有重要的指導(dǎo)意義。本文主要圍繞自由空間光束衍射傳輸?shù)膬?yōu)化計算方法開展研究:
　　(1)研究了一種可針對任意非球面諧振腔鏡的有源諧振腔模擬仿真方法。該方法將任意面型的諧振腔鏡面當(dāng)做一個相位調(diào)制器,空間分布的增益介質(zhì)劃分成為多個增益平板,采用高效的快速傅里葉變換方法進(jìn)行計算仿真。論文總結(jié)了基于快速傅

2、里葉積分方法和高斯積分傳輸方法的取樣規(guī)律。論文提出了一種平底鍋形鏡面激光諧振腔,實(shí)驗(yàn)中獲得了M2因子為2.66的環(huán)形激光模式輸出。應(yīng)用該方法對平底鍋形鏡面激光諧振腔進(jìn)行模擬計算,結(jié)果與實(shí)驗(yàn)相吻合。
　　(2)傳統(tǒng)的基于快速傅里葉變換的方法僅適用于菲涅爾積分區(qū)域,而且只可選取不同尺寸的窗口大小,不能同時選取不同的取樣數(shù)目。本文提出一種基于嚴(yán)格角譜傳播理論和快速傅里葉變換的高效計算方法,可用于計算入射平面和觀察平面上的窗口尺寸和取樣數(shù)

3、目都不一樣的情況,可精確分析菲涅爾積分區(qū)域以外的衍射光場分布。
　　(3)由于啁啾函數(shù)不是帶限函數(shù),傳統(tǒng)的角譜傳播方法只適合于近距離衍射傳輸計算。帶限的角譜傳播方法中,只有滿足乃奎斯特取樣定理的帶寬可用于角譜傳播,這種處理使得有效取樣數(shù)目隨著傳輸距離的增加而減少,從而導(dǎo)致了計算精度的下降。本文提出一種高精度的用于計算遠(yuǎn)距離傳輸?shù)慕亲V方法,在任何傳輸距離上的計算精度都比傳統(tǒng)的角譜傳播方法和帶限角譜傳播方法的計算精度高,而且完全避免取

4、樣混疊引起的誤差,計算時間不隨取樣窗口尺寸變化而變化,與傳統(tǒng)方法的計算時間是可比擬的。
　　(4)傾斜平面間衍射傳輸?shù)膫鹘y(tǒng)計算方法是基于輸入光場的空間角譜的旋轉(zhuǎn),這種方法會使得在空間頻率域的取樣間隔變得不均勻,通常需要空間角譜插值?？臻g角譜插值帶來的誤差是無法估計和控制的,尤其是平面傾斜角度較大的情況。本文提出了一種可用于傾斜平面間衍射傳輸?shù)木_計算方法。首先,將傾斜平面間衍射傳輸問題被轉(zhuǎn)化為一個基于非均勻取樣點(diǎn)上的離散傅里葉變換

5、問題,然后使用標(biāo)準(zhǔn)的非均勻離散傅里葉變換方法來得到傾斜平面上的光場分布。這種計算方法能夠估計和控制計算精度。
　　(5)論文對射頻板條CO2氣體激光器的放電特性進(jìn)行了研究,分析了放電電壓、放電電流、工作氣壓、放電間距和激勵電源頻率對射頻放電等離子體等效電路模型的影響。根據(jù)傳輸線理論對極板電壓分布進(jìn)行了計算,結(jié)果表明自激式射頻電源的振蕩頻率、極板的放電間距和諧振電感的電感量和位置對極板電壓分布影響很大,需要嚴(yán)格控制。通過計算得到了優(yōu)