利用二元光學(xué)元件實(shí)現(xiàn)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(dāng)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(zhì)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(xué)界的重視。由于二元光學(xué)元件本身的微小、列陣、集成等優(yōu)點(diǎn)成了目前國際光學(xué)用于激光波前整形的一個(gè)熱點(diǎn)。利用二元光學(xué)元件進(jìn)行激光波前整形的原理是基于光波的衍射理論，利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，用超大規(guī)模集成電路制作工藝，在光學(xué)器件表面刻蝕產(chǎn)生兩個(gè)或多個(gè)臺階深度的浮雕結(jié)構(gòu)

2、來取代連續(xù)浮雕結(jié)構(gòu)，從而能夠?qū)⒍鈱W(xué)元件投入加工。與經(jīng)典光學(xué)相比，二元光學(xué)元件能在光波入射時(shí)調(diào)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(jì)算機(jī)仿真和元件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)三個(gè)方面對利用二元光學(xué)元件實(shí)現(xiàn)激光波前整形的設(shè)計(jì)進(jìn)行了初步的研究，本文主要完成以下工作： 首先，介紹了當(dāng)前實(shí)現(xiàn)激光波前整形的現(xiàn)狀和各種方法，對其進(jìn)行比較，選擇利用二元光學(xué)元件實(shí)現(xiàn)激光波前整形，接著介紹二元光學(xué)元件的產(chǎn)生、發(fā)展、

3、整形原理。隨后論述了設(shè)計(jì)二元光學(xué)衍射相位函數(shù)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(jù)它們自身的優(yōu)缺點(diǎn)選擇利用G－S算法求解二元光學(xué)元件的相位。 其次，分析并討論了在菲涅耳和夫瑯和費(fèi)衍射條件下入射高斯光束的參數(shù)優(yōu)化，并將優(yōu)化后的參數(shù)用到輸入高斯光束中，利用G－S算法，來實(shí)現(xiàn)激光波前整形，完成了二元光學(xué)元件的相位函數(shù)程序的編寫。利用計(jì)算機(jī)仿真，對所得到的相位函數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證，比較分析實(shí)

4、際輸出光強(qiáng)和理想光強(qiáng)的差別、衍射效率、均方誤差和最大偏差。將求得的二元光學(xué)元件相位函數(shù)進(jìn)行處理，得到了相應(yīng)的表達(dá)式。 最后，編寫了二元光學(xué)元件表面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)程序，利用Zemax光學(xué)設(shè)計(jì)軟件的外部接口功能，調(diào)用c++圖像顯示程序，得到了與相位函數(shù)相對應(yīng)的二元光學(xué)元件表面結(jié)構(gòu)。對于所得到的表面結(jié)構(gòu)，利用Zemax中的相關(guān)功能進(jìn)行性能檢驗(yàn)，驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的二元光學(xué)元件的正確性。最后對二元光學(xué)元件的加工方法以及精度進(jìn)行展望和討論。