用于激光光束整形的衍射光學(xué)元件設(shè)計.pdf

1、近年來，激光技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用到工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥衛(wèi)生、國防和科學(xué)研究等國民經(jīng)濟各個領(lǐng)域，目前已經(jīng)很難找到不應(yīng)用激光技術(shù)的領(lǐng)域和部門了。然而激光光束的某些特性使得它的進一步廣泛應(yīng)用受到了限制。例如：激光束的光強呈高斯分布而不是均勻分布，它的傳播路徑是雙曲線而不是直線，這些特性在某種程度上限制了它的應(yīng)用。為了擴展激光的應(yīng)用領(lǐng)域，提高激光技術(shù)的應(yīng)用水平，就需要對激光束進行整形，以適應(yīng)不同場合的要求。
　　 衍射光學(xué)元件具有體積小、重量輕

2、、易復(fù)制、造價低、衍射效率高、設(shè)計自由度多、材料可選性寬、色散性能獨特等優(yōu)點，并能實現(xiàn)傳統(tǒng)光學(xué)器件難以完成的微小、陣列、集成及任意波面變換等新功能，在激光光束整形方面有著廣泛的應(yīng)用前景。
　　 本文詳細論述了用于激光光束整形的衍射光學(xué)元件設(shè)計基礎(chǔ)理論和優(yōu)化算法，并圍繞三種設(shè)計模型，即標(biāo)量模型、矢量模型和光線模型對衍射光學(xué)元件的優(yōu)化設(shè)計展開深入研究，重點開展了基于標(biāo)量模型的優(yōu)化算法改進，基于矢量模型的亞波長衍射光學(xué)元件優(yōu)化設(shè)計以及

3、基于光線模型，借助ZEMAX軟件設(shè)計模擬圓錐鏡光學(xué)特性的透鏡圓錐鏡和實現(xiàn)長焦深、小焦斑的衍射光學(xué)元件等研究工作。具體內(nèi)容包括：
　　 1.基于標(biāo)量設(shè)計模型，提出了GSGA混合算法、平滑修正法和模糊控制迭代算法設(shè)計用于光束整形的衍射光學(xué)元件，計算機設(shè)計結(jié)果表明了這些算法的有效性。特別是模糊控制迭代算法，它將模糊控制理論應(yīng)用到衍射光學(xué)元件的設(shè)計中，通過模糊決策智能地選擇優(yōu)化路徑，從而基本克服了算法易陷入局部最優(yōu)的問題。
　　

4、 2.對具有非周期結(jié)構(gòu)的亞波長衍射光學(xué)元件設(shè)計展開研究?；贛ansuripur的矢量衍射模型，提出矢量模糊控制迭代算法設(shè)計用于光束整形的亞波長衍射光學(xué)元件。通過對設(shè)計結(jié)果的分析、比較、討論以及借助時域有限差分法的進一步分析，驗證了方法的有效性。而且，針對Mansuripur矢量衍射模型中某些假設(shè)條件過于主觀，提出了改進方案。重新推導(dǎo)衍射公式，建立改進的欠量模型，并基于改進模型設(shè)計了亞波長衍射元件。
　　 3.在光線理論模型的基