利用二元光學元件實現激光波前整形.pdf

1、眾所周知，激光束的振幅在橫向呈高斯分布，能量并非均勻分布，而當今，能量均勻分布的激光束卻越來越得到重視，人類對光束質量的要求也越來越高。將高斯光束整形成能量均勻分布的平頂光束受到了科學界的重視。由于二元光學元件本身的微小、列陣、集成等優(yōu)點成了目前國際光學用于激光波前整形的一個熱點。利用二元光學元件進行激光波前整形的原理是基于光波的衍射理論，利用計算機輔助設計，用超大規(guī)模集成電路制作工藝，在光學器件表面刻蝕產生兩個或多個臺階深度的浮雕結構

2、來取代連續(xù)浮雕結構，從而能夠將二元光學元件投入加工。與經典光學相比，二元光學元件能在光波入射時調制光波波前，改變其相位，從而在輸出面得到所需要的光場分布。 本論文從理論分析、計算機仿真和元件結構設計三個方面對利用二元光學元件實現激光波前整形的設計進行了初步的研究，本文主要完成以下工作： 首先，介紹了當前實現激光波前整形的現狀和各種方法，對其進行比較，選擇利用二元光學元件實現激光波前整形，接著介紹二元光學元件的產生、發(fā)展、

3、整形原理。隨后論述了設計二元光學衍射相位函數的幾種常用方法，包括G－S算法、楊一顧算法、模擬退火算法、遺傳算法等，最后對比這些算法，根據它們自身的優(yōu)缺點選擇利用G－S算法求解二元光學元件的相位。 其次，分析并討論了在菲涅耳和夫瑯和費衍射條件下入射高斯光束的參數優(yōu)化，并將優(yōu)化后的參數用到輸入高斯光束中，利用G－S算法，來實現激光波前整形，完成了二元光學元件的相位函數程序的編寫。利用計算機仿真，對所得到的相位函數進行驗證，比較分析實

4、際輸出光強和理想光強的差別、衍射效率、均方誤差和最大偏差。將求得的二元光學元件相位函數進行處理，得到了相應的表達式。 最后，編寫了二元光學元件表面結構設計程序，利用Zemax光學設計軟件的外部接口功能，調用c++圖像顯示程序，得到了與相位函數相對應的二元光學元件表面結構。對于所得到的表面結構，利用Zemax中的相關功能進行性能檢驗，驗證了所設計的二元光學元件的正確性。最后對二元光學元件的加工方法以及精度進行展望和討論。