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空心高斯光束传输模拟

空心高斯光束传输模拟

空心高斯光束是一种特殊的光束结构，其光强分布在横截面上呈现中心暗斑、外围高亮环的特征，在光学操控、粒子捕获等领域有重要应用。数值模拟其传输特性可帮助研究者深入理解光束演化规律。

自由空间传输模拟通常基于波动方程或衍射积分理论构建数学模型。通过离散化传播路径，分步计算光束在轴向不同位置处的复振幅分布。关键点在于准确描述初始场分布，并合理选择传播步长以保证数值收敛。

对于空心高斯光束，初始场需构建满足环形强度分布的复振幅，常用高阶拉盖尔-高斯模式作为基函数。传输过程中需重点关注光束半径扩展、中心暗斑稳定性及相位涡旋演化等特性。通过调整光束参数如拓扑电荷数、束腰尺寸等，可系统分析这些因素对传输的影响规律。

该模拟为实验设计提供理论依据，例如预测有效作用距离或评估光束质量退化程度，对光镊系统、激光加工等应用具有指导意义。