[已解决]匀化光纤准直问题

Eternal11

我有一个问题是，从方形匀化光纤输出的光，其在光纤出口处是均匀的方形光斑，这个没问题。但是在合适的位置加入准直透镜之后，为什么在近场范围内，光斑是呈圆形的类高斯分布，而传播一定距离到远场之后又重新恢复方形均匀分布。这个应该和透镜的像差是没关系的，因为在Zemax中用一个理想透镜去模拟也是同样的情况。想请问这是一个什么现象，有点无法理解为什么会出现这样的现象，或者能从几何光学的角度去解释吗。

光路示意图

光纤出口光斑图

近场光斑图

远场光斑图

最佳答案

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ZYZ

2025-5-15 09:09

Eternal11 发表于 2025-5-15 09:04
我看过像方焦平面处的光斑，并不是一个方形均匀光斑，反而传播到远处才是
...

焦平面附近是光源的光斑形状，而且应该有多个光源的形状。不是方形，方形光斑应该在远处，可以根据成像公式计算。可以参考这篇文章Range-gated imaging with specklefree and homogeneous laser illumination

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Oranges

我用AI帮你搜了一下这个问题，AI给出的回答是：近场高斯化：源于波前干涉、高频滤波及模式叠加效应。  远场方形恢复：由光源角谱的均匀性主导，传播到远场后角谱映射为空间分布。  透镜的核心作用：并非像差，而是通过傅里叶变换和角谱调控，改变了光场的传播特性。  这一现象深刻体现了光场的空域-频域二元性，是波动光学与傅里叶光学原理的直观展示。

ZYZ

相当于你这个透镜对进入方形光纤前的光源进行成像了，由于多次反射理论上应该有很多个像点

Eternal11

ZYZ 发表于 2025-5-14 17:16
相当于你这个透镜对进入方形光纤前的光源进行成像了，由于多次反射理论上应该有很多个像点 ...

意思是在远场处才成像吗？不知道这个成像的位置能否确定呢，比如我这是用的一个焦距20mm的理想透镜，光纤NA为0.22，在序列模式里仿真好像也不知道如何去找这个位置

Eternal11

Oranges 发表于 2025-5-14 16:49
我用AI帮你搜了一下这个问题，AI给出的回答是：近场高斯化：源于波前干涉、高频滤波及模式叠加效应。  远场 ...

这个有点难以理解

ZYZ

Eternal11 发表于 2025-5-14 18:49
意思是在远场处才成像吗？不知道这个成像的位置能否确定呢，比如我这是用的一个焦距20mm的理想透镜，光纤 ...

这个位置应该在焦点附近

Eternal11

ZYZ 发表于 2025-5-15 08:57
这个位置应该在焦点附近

我看过像方焦平面处的光斑，并不是一个方形均匀光斑，反而传播到远处才是

ZYZ

Eternal11 发表于 2025-5-15 09:04
我看过像方焦平面处的光斑，并不是一个方形均匀光斑，反而传播到远处才是
...

焦平面附近是光源的光斑形状，而且应该有多个光源的形状。不是方形，方形光斑应该在远处，可以根据成像公式计算。可以参考这篇文章Range-gated imaging with specklefree and homogeneous laser illumination

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方形光纤出光口作物方，圆形光斑相当于孔径光阑位置，方形就是像的位置

hngxyzc

我们需要区分2个概念：一个是某平面的照度分布，比如光线出光口处是矩形光斑，透镜焦平面处是矩形光斑，这都是照度分布；另外一个是光线走向，2个完全一致的矩形光斑，其光线离开该平面后，光线走向是可以完全不同的。光线出光口处的是矩形光斑，光线离开这个平面后，传播方向是很复杂的，各种交汇分离等等；在透镜聚焦后，因为光纤出光口的共轭位置，还是矩形光斑，其他位置呢，就不一定了，可以是各种情况。你也可以理解为，在近场处，透镜离焦了，图像模糊了，方形的棱角敦化了。在远场处，光线又刚好汇合成矩形光斑，因为在足够远的地方，这些光线的具体传播路径差异已经可以忽略，又会回到矩形光斑。