ZEMAX（高斯光束质量评价）

基模高斯光束传播特性：

简化如下：

高斯光束质量评价方法：

1. 远场发散角θ

激光能不能是平行的光束？

答：当然不能。

Why?

看基模高斯光束简化图：

束腰和远场发散角的关系：

如果要使得激光光束平行，即发散角θ=0，则光束的束腰ω0无穷大，这显然不可能；

举个典型的例子，

某家FP Chip的发散角为θ∥=17°，θ⊥=35°；

某家DFB Chip的发散角为θ∥=20°，θ⊥=30°；

某家EML Chip的发散角为θ∥=28°，θ⊥=30°；

远场发散角是可以直接测量的：

2. 聚焦光斑尺寸

我们先来看普通球面波（相位面为球面，其能量均匀分布）

设光学系统焦距为f，光阑为D，波长为λ，则聚焦光斑（严格来讲，专业术语叫艾里斑）尺寸为d：

What‘s 艾里斑？

艾里斑指的是点光源通过理想（无像差）透镜时，理论来讲应该是成像也为一个点，但实际是明暗相间的衍射光斑，最内环的光斑就称为艾里斑。

光学有个名词叫做“衍射受限系统”，啥意思呢？

即光学系统完美到了极限，仅仅受衍射的影响；

所以有没有无衍射现象的光斑呢？

答：没有，因为光不仅有粒子性，还有波动性，衍射是波动光学的固有现象。

上面是针对球面波来讲的，可以用几何光学模型来解说：

聚焦光斑越小，光束质量越好；

然而，高斯光束的变换如下：

这种评价方法存在1个问题：

因为高斯光束的聚焦光斑越小，其瑞利长度也短，而我们尽量是想得到较长的瑞利长度的，因此用光斑尺寸来评价高斯光束是不理想的。

3. β值

正常β>1，衍射极限时β≈1，越接近1，光束质量越好；

4. 光束参数乘积 BPP(Beam parameter product)

基模高斯光束：ω=ω0，θ=λ/πω0带入上式得，BPP=λ/π；

高阶模高斯光束：ω>ω0，BPP>λ/π；

BPP值越大，光束质量越差；

对于基模高斯光束，BPP是个定值；

ω--高斯光束近场特性；

θ--高斯光束远场特性；

由此看出，BPP同时包含了高斯光束的近场和远场特性；

5. 斯特列尔比SR

正常SR<1，衍射极限时SR≈1，越接近1，光束质量越好；

6. M2因子

M2因子越大，光束质量越差；

M2因子=1时，为理想高斯光束（基模高斯光束）；

M2因子的评价方法，综合了上述几种评价方法的优点；

M2因子是迄今为止，最全面、应用最广泛的高斯光束的评价方法；

Zemax中高斯光束的设定如下：

NA=0.1，即sinθ=0.1，θ=5.7°；

这里设定的是半角为5.7°的基模高斯光束；