GS算法，高斯光束整形成矩形光斑

资 源 简 介

GS算法，高斯光束整形成矩形光斑

详 情 说 明

GS算法（Gerchberg-Saxton算法）是一种经典的相位恢复方法，广泛应用于光学领域的光束整形任务中。该算法通过迭代优化相位分布，能够将高斯光束转换为矩形光斑，或者根据特定目标光强分布反向设计相位调制器。

基本原理 GS算法的核心思想是交替在空间域和频域施加约束条件。对于高斯光束整形，算法首先假设初始相位（通常设为随机相位或平面波），然后在传播过程中反复调整相位，使得输出光场逐渐逼近目标矩形光斑的强度分布。

实现流程 步骤一：输入高斯光束的初始光场（已知振幅和初始相位）。 步骤二：通过傅里叶变换或菲涅尔衍射传播到目标平面。 步骤三：在目标平面保留目标光强（矩形分布），但替换计算得到的相位为当前迭代的相位估计。 步骤四：反向传播回输入平面，保留输入光强的约束（高斯分布），更新相位值。 重复上述步骤直至收敛，最终获得的相位分布即为所需调制结果。

扩展应用 除了矩形光斑生成，GS算法还可用于自定义图像的光束整形。例如，根据任意图片的灰度分布作为目标光强，通过逆推相位实现复杂的光场调控。这一方法在激光加工、全息显示等领域具有重要价值。

注意事项 GS算法可能陷入局部最优，且收敛速度依赖初始相位猜测。改进方案（如增加随机重启或混合优化策略）可提升性能。

通过GS算法，工程师能够灵活设计光学元件相位，实现高精度的光束操控，为现代光学系统提供关键技术支撑。