非均匀折射介质中光传播的混合建模：基于射线-高斯波束杂交模型的高精度仿真

本文创新性地提出射线-高斯波束杂交模型（RGHM），通过将入射光场离散为射线簇进行几何追踪，再以离轴高斯波束（Gaussian Beamlet）量化波前贡献，实现了非均匀介质中光传播的高效高精度仿真。该模型在圆柱体与CFD流场测试中，相位重构误差<10-3，尤其适用于激波流场（shock wave）干涉测量、大气传输（atmospheric transmission）等复杂光学场景。

　　

亮点

本研究提出的RGHM模型巧妙融合几何光学（ray tracing）与物理光学（Gaussian beamlet）优势，如同"光学乐高"般将复杂波前拆解为可追踪的射线单元，再通过高斯波束"拼图"还原全场光场特性。

对比方法

传统光路转换法（optical path conversion）虽能通过离散射线计算像素光学路径，但如同"盲人摸象"，仅能捕捉线性相位变化，无法解析离轴射线（off-axis rays）导致的波前畸变。

结果

在圆柱透镜测试中，当重叠因子P=W/D≥1时，模型如同"光学显微镜"般精准捕捉10^-3量级的相位波动；而在CFD流场中，它更化身"湍流解码器"，成功解析激波区（shock region）的突变折射效应。

结论

RGHM模型如同给光学仿真装上"双引擎"——几何射线提供方向导航，高斯波束承载波动细节，为流场干涉（flow field interferometry）、大气传输等场景提供兼具效率与精度的"全息解决方案"。