束勻滑衍射光學(xué)器件的設(shè)計方法和制作工藝.pdf

1、本論文圍繞國家重大項目，結(jié)合高功率激光器裝置需求，對衍射光學(xué)元件的理論設(shè)計、加工工藝、測試應(yīng)用等方面進行了系統(tǒng)的論述，其主要研究內(nèi)容及獲得的成果如下： 一、基于平面靶設(shè)計精細化采樣的插值迭代算法用傳統(tǒng)的輸入—輸出算法(I—O：Input—OutputAlgorithm)進行束勻滑器件的迭代設(shè)計時，算法僅對輸出面上采樣點的光強進行了強制反饋，在設(shè)計結(jié)束后，在輸出面采樣點上能夠獲得比較好的束勻滑效果。如果將輸出采樣加密，在原采樣點集

2、之外的抽樣信號，其光強值會有較大的起伏。在數(shù)值計算上，利用信號采樣的內(nèi)插定理，可以由原采樣點計算得到這些非采樣點的抽樣信號，基于這一原理提出的插值迭代設(shè)計方法在迭代的過程中加入了插值點的反饋，在輸出平面上做波陣面的恢復(fù)時，其振幅、位相分布能獲得更好的反饋影響，就使得輸出面上采樣點的光強分布在迭代過程中能夠獲得更好的均勻性。利用這種方法不但可以提高設(shè)計結(jié)果的評價，而且能比較穩(wěn)定的提供一個較好的初始位相解，為進行下一步的模擬退火優(yōu)化奠定了較

3、好的基礎(chǔ)。 二、提高衍射光學(xué)元件的真實衍射效率在之前的束勻滑器件設(shè)計中，通常采用的是較少的子單元數(shù)量，主光斑占整個計算窗口的面積比例是比較大的，且計算窗口的面積比較小。在隨后的離線測試中發(fā)現(xiàn)，輸出光場有比較明顯的高級次衍射斑，主斑的能量利用率較低。分析其原因，很可能是由于迭代計算控制的旁瓣區(qū)域過小，使得高級次斑與主斑的距離比較小，其衍射能量就變得比較高，造成了主斑能量利用率有明顯的下降。隨后擴大計算點陣的子單元數(shù)量重新進行設(shè)計，

4、在數(shù)值模擬結(jié)果中觀察到高級次衍射斑與主斑的距離增大，且強度有較明顯的下降，主斑的能量利用率的損失很小。相較而言，這種設(shè)計思路對于保障束勻滑器件的真實衍射效率是有幫助的。 三、離子束刻蝕工藝的誤差分析模型在70mm口徑的多臺階位相分布DOE測試中，觀察到目標光斑的中心出現(xiàn)了一個較明顯的毛刺亮點，在束勻滑中，這個中心亮點的產(chǎn)生對于目標光斑的整體均勻性是一個很嚴重的破壞。利用臺階儀對刻蝕后的DOE樣片進行表面掃描采樣后，通過數(shù)據(jù)擬合的

5、方式，提出了刻蝕誤差的表面分布模型；在經(jīng)過數(shù)值分析計算后發(fā)現(xiàn)，由于刻蝕誤差分布具有了類球面的形態(tài)，就使得最終的束勻滑結(jié)果在光斑中心出現(xiàn)了亮點。在與隨機誤差分布的比較中發(fā)現(xiàn)，在同樣的方差下，具有規(guī)則分布的誤差形態(tài)會對于束勻滑產(chǎn)生更明顯的影響。通過對刻蝕誤差的系統(tǒng)分析，進行了離子束工藝的經(jīng)驗累積，這為后續(xù)的大口徑束勻滑器件的工藝制作提供了較好的技術(shù)支持。 四、固定刻蝕系統(tǒng)誤差下的工藝優(yōu)化方法在后續(xù)研究中，將刻蝕誤差分成了兩個主要部分

6、：由刻蝕環(huán)境的隨機擾動形成的正態(tài)隨機誤差及離子源強度在徑向分布的不均勻產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差。從之前的研究得知，隨機分布的誤差形式對于束勻滑器件并不會產(chǎn)生太大影響。對于刻蝕系統(tǒng)誤差，借助于誤差分析中誤差偏度系數(shù)的概念，提出了一個G參量來描述系統(tǒng)誤差的整體分布情況。在數(shù)值模擬中發(fā)現(xiàn)，對于不同的離子源徑向強度分布，隨著刻蝕時間的變化，當G參量變化到零附近時，束勻滑效果會向較好的趨勢發(fā)生變化。由此提出了一個針對離子源強度分布進行的一個工藝優(yōu)化方法，對