用于激光光束整形的衍射光學(xué)元件設(shè)計(jì).pdf

1、近年來(lái)，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(guó)防和科學(xué)研究等國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)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(jìn)一步廣泛應(yīng)用受到了限制。例如：激光束的光強(qiáng)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(kuò)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(duì)激光束進(jìn)行整形，以適應(yīng)不同場(chǎng)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(jià)低、衍射效率高、設(shè)計(jì)自由度多、材料可選性寬、色散性能獨(dú)特等優(yōu)點(diǎn)，并能實(shí)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(xì)論述了用于激光光束整形的衍射光學(xué)元件設(shè)計(jì)基礎(chǔ)理論和優(yōu)化算法，并圍繞三種設(shè)計(jì)模型，即標(biāo)量模型、矢量模型和光線模型對(duì)衍射光學(xué)元件的優(yōu)化設(shè)計(jì)展開(kāi)深入研究，重點(diǎn)開(kāi)展了基于標(biāo)量模型的優(yōu)化算法改進(jìn)，基于矢量模型的亞波長(zhǎng)衍射光學(xué)元件優(yōu)化設(shè)計(jì)以及

3、基于光線模型，借助ZEMAX軟件設(shè)計(jì)模擬圓錐鏡光學(xué)特性的透鏡圓錐鏡和實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)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(jì)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(jì)用于光束整形的衍射光學(xué)元件，計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)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(jì)中，通過(guò)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(wèn)題。
　　

4、 2.對(duì)具有非周期結(jié)構(gòu)的亞波長(zhǎng)衍射光學(xué)元件設(shè)計(jì)展開(kāi)研究。基于Mansuripur的矢量衍射模型，提出矢量模糊控制迭代算法設(shè)計(jì)用于光束整形的亞波長(zhǎng)衍射光學(xué)元件。通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果的分析、比較、討論以及借助時(shí)域有限差分法的進(jìn)一步分析，驗(yàn)證了方法的有效性。而且，針對(duì)Mansuripur矢量衍射模型中某些假設(shè)條件過(guò)于主觀，提出了改進(jìn)方案。重新推導(dǎo)衍射公式，建立改進(jìn)的欠量模型，并基于改進(jìn)模型設(shè)計(jì)了亞波長(zhǎng)衍射元件。
　　 3.在光線理論模型的基