高斯光束通过环形光阑的衍射模拟研究
摘 要：带光阑的光学系统是一类常见且重要的光学系统，光束通过带光阑光学系统的衍射是光束传输研究领域的重要组成部分。高斯光束是激光工程中最具代表性的光源之一，因此研究高斯光束通过带光阑光学系统的衍射具有重要的科学意义。为了更加全面地对高斯光束通过带环形光阑光学系统的衍射特性进行研究，笔者对此进行了大量的文献调研与探索。
关键词：高斯光束；环形光阑；衍射；传输公式
一、研究背景与意义
自1665年Francesco Grimaldi发现光的衍射效应以来，经过历代科学家们的实验与研究，不仅对衍射现象有了全面的了解与认识，还将衍射这个自然现象充分应用到了很多不同的研究领域上，如：Watson和Crick在观察DNA分子的X射线衍射图样后，从中受到启发，后来很快就发现了DNA的双螺旋结构。Laue也发现晶体的微观结构可以通过X射线衍射的方法来进行研究，为固体物理的研究与发展奠定了基础。
在许多具体的情况当中，光束的传输一般都需要光学系统的参与，如：光阑、光屏、光栅等。如果光学系统中的这些器件的尺寸远大于光的波长，则衍射效应并不明显。随着科技的发展，光学器件的尺寸有小型化的趋势，其尺度变得与入射光束的波长十分接近，这样一来衍射效应就变得不可忽视了。因此，研究光束通过光阑的衍射具有重要的意义，对于光束通过许多复杂光学系统的研究也起到了不可或缺的参考作用。
在激光工程中，高斯光束是最具代表性也是最常见的一种激光光束之一，它是激光谐振腔发出的基模辐射场。在接下来的研究中，笔者将以高斯光束为例，研究其通过带光阑光学系统的衍射特性。
二、传输光学相关理论
（一）高斯光束
高斯光束是激光工程的基本光束之一，对其传输变换的研究是光束传输研究的基础，大量的理论已经证明该光束可以较好地描述基膜激光束的性质。在高斯光束轴线的附近，可将它视为一种非均匀状态的高斯球面波，曲率中心在传输过程中为一个变化值，其振幅在横截面内呈现高斯曲线状，强度于轴线附近聚集，等相面呈球面状，但在特殊情况下呈平面状。光束沿z轴方向传输的电场矢量表达式如公式（1）所示[1]：
(1)
