激光光束的性质与普通光源有较大差异，其以高方向性、高单色性、高相干性及高亮度著称，在工业、医疗、通信等领域具有广泛应用。激光的基模（TEM00模式）光场在垂直于传播方向截面上的振幅分布表现为高斯线型，是普通谐振腔内最容易形成的横模模式，因此又将激光的基模光场称为高斯光束。高斯光束在束腰位置的参数极大程度上表征了高斯光束的属性，在该位置上激光的能量分布最集中，波前为一平面，是激光应用上的关注重点。本文将介绍如何使用CODEV优化一个双胶合透镜，进而调控高斯光束的束腰尺寸与位置，其中涉及高斯光束追迹（BEA）及gaussbeam()函数的用法说明。

       1.建立光学系统初始结构

       本案例构建了一个双胶合透镜用来将原本位于物面上的束腰成像至所需要的位置（像面），并对其尺寸进行缩放。如下图所示构建系统的初始结构，系统入瞳直径1mm，工作波长632.8nm，视场为轴上视场（0°），表面3的厚度拾取于物面厚度，缩放与偏移量如下图所示（表面3厚度=-1*物面厚度+200），该拾取设定用于将系统总长维持在205mm不变。

       2.使用高斯光束追迹（BEA）功能计算经过各面后的束腰尺寸及位置

       在菜单栏中选择"分析>诊断>高斯光束追迹"调出高斯光束追迹对话框，如下图所示。在输入光束标签栏中定义X-方向的光束半高宽为0.5mm，Y-方向的半高宽默认与X-方向相同，可以不用输入，定义束腰位置位于物面处，因此波前曲率半径保留默认值0mm（即无穷大），偏振态（光束旋转度）也保留默认值。在彩色显示标签栏中勾选显示高斯光束复选框，并选择显示类型为强度，阈值为1e-5，该功能将在执行高斯光束追迹功能时绘制激光经过光学系统时的光束形貌，利于直观表现。

       设置完成后点击确定按钮，高斯光束追迹将使用一阶光学成像原理计算高斯光束经过光学系统各面后的特征，例如在各面上的光斑半径、极化方向、波前曲率半径、相位、束腰半径、束腰位置等，如下图所示。由于仅使用线性光学的理论，因此对于高功率的连续激光、高峰值功率的短脉冲或超短脉冲激光来说，用此功能模拟出的结果可能会与实际有一定偏离。从输出数据中可以看到，高斯光束经过初始结构的光学系统后在像面的光斑半径为0.3548mm，束腰至像面的距离为43.1731mm。

       3.gaussbeam()函数的功能及用法

       本案例将在自动化设计中通过导入CODEV自带的gaussbeam()函数对束腰尺寸及位置进行约束。gaussbeam()是构建在高斯光束追迹功能基础上的函数，用户可以指定感兴趣的点位（表面、焦段、视场、波长等）及希望获得的数据，函数将在BEA输出数据中检索相关信息并返回。

        其输入语句为

        gaussbeam(surf_num,zoom_pos,field_num,wave_num,^input_array,"output_string")

       其中surf_num,zoom_pos,field_num,wave_num分别为考察表面的序号，变焦位置，视场及波长，^input_array为输入光束的参数阵列，其为5个元素组成的向量，依次为物面上X_方向的半高宽，物面上Y_方向的半高宽，物面上波前X_方向的曲率半径，物面上波前Y_方向的曲率半径，绕Z轴的偏振方向，"output_string"为期望函数返回参数的字符串，其所含内容如下图所示，大部分均来自于高斯光束追迹（BEA）功能所计算的数据，本案例中所使用的为"wsdx"及"wdsx"，分别表示考察面上X_方向的束腰半径及X_方向的束腰到考察面的距离。

       gaussbeam()函数中需要输入一个用户定义的变量^input_array，因此在执行优化动作之前，需先定义该变量，在CODEV命令行中输入"GBLNUM^beam(5);"如此便定义了一个名为^beam的全局变量，其为数值变量且具有5个元素，GBL为定义全局变量的命令，NUM表征该变量为数值变量，^beam(5)表示该变量有5个元素，再输入"^beam(1)==0.5"，其表示将0.5赋值给^beam变量的第一个元素，其他未被赋值的元素默认值为0，如此便将^beam变量创建成了满足gaussbeam()函数输入格式的初始高斯光束参数。

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