基于 Wigner 分布和哈密顿光学的扩展源相空间建模

精确建模扩展源是现代光学工程、激光物理和计算光刻的核心挑战。与理想点源或完全无关热辐射源不同，真实光源——如高功率激光二极管阵列、超 luminescent 二极管 (SLD)、极紫外 (EUV) 光刻源以及通过大气湍流传输的光束——通常表现为部分空间相干性。传统基于射线追踪的几何光学忽略了衍射和干涉效应；而经典波光学虽然准确，但处理部分相干场的四维相关函数计算成本巨大。为在计算效率和物理精度之间取得平衡，相空间光学提供了统一的理论框架。通过引入韦伯分布函数 (WDF)，我们可以将光场映射到联合空间-时间-空间频率域 $(\bm{r}, \bm{p})$。该描述不仅保留了波光学的所有信息（包括干涉项），而且在短波长极限下自然过渡到哈密顿光学的射线描述，受相空间体积守恒的李维尔定律支配。本报告旨在建立基于相空间和哈密顿光学的扩展源建模方法，适用于部分相干光、完全相干光和准均匀光等不同类型的扩展源。报告将详细推导每种源类型的数学模型，并提供基于莫耐展开和广义 Fresnel 数的几何光学模型适用性的严格准则。