应用于光束均匀化整形的SAGAGD算法

 分析了模拟退火算法、基因算法、梯度下降法的主要步骤和应用中的优劣，将这三种方法加以综合运用于纯位相元件的优化设计以实现光束均匀化，结果表明，该算法对于设计位相光学元件是十分有效的。     

用衍射光学元件提高出射光束的焦深

本文使用衍射光学元件来提高激光束的焦深。利用Ｙ－Ｇ算法，在已知入射和出射光波函数的条件下，计算出衍射光学元件的位相分布。计算结果表明焦深比未用衍射光学元件时提高一半以上     

用改进的两步模拟退火法进行二元光学元件的设计

为了减少二元光学元件设计的计算量并提高设计精度,在对现有算法机理进行深入分析的基础上,提出了适用于二元光学元件设计的两步模拟退火法.该算法在整个退火过程中采用先量化后优化的策略,并将优化过程分为两个阶段：搜索并锁定最优解区间;快速收敛到最优解.模拟实验显示,与传统设计方法相比,该算法不仅保持了全局寻优的特点,而且提高了稳健性和效率.算法剔除了对设计结果影响较大的量化误差,提高了设计精度.用此法实例设计了单焦面辐射聚焦元件,得到了与目标图像一致的光学实验结果.     

离子束平动刻蚀工艺衍射光学元件的设计及制作

提出了一种用于制作二维光束整形衍射光学元件的新方法———离子束平动刻蚀工艺。分别介绍了利用这种新方法设计衍射光学元件的原理、设计过程以及刻蚀工艺系统的构成和掩模板的设计方法。结果表明 ,这种新的工艺方法不拘泥于圆对称系统 ,不但继承了离子束旋转刻蚀工艺的位相真正连续分布的优势 ,而且所制作出的衍射光学元件 ,即使对于半导体激光器所产生的两个方向发散角不同的激光束来说也仍然可以进行整形 ,并最终能得到矩形焦斑。这种工艺方法的理论设计也可以从二维化简为两个一维的设计 ,从而大大简化了设计计算的复杂程度     

多层衍射光学元件设计原理与衍射效率的研究

叙述了多层衍射光学元件的设计原理.通过对多层衍射光学元件结构、位相延迟表达式、材料选择匹配的研究,使得优化最大光栅高度后的多层衍射光学元件能够实现大幅度提高宽光谱范围内衍射效率的作用.其衍射效率在从g谱线（435.834 3 nm）到C谱线（656.272 5 nm）的可见光范围内的任何波长上的理论衍射效率均在99％以上,带宽积分平均衍射效率为99.7％,能够满足高质量成像光学系统应用的需要,并利用该元件设计了长焦距复消色差物镜.     

深蚀刻二元光学元件

提出一种新颖的，蚀刻位相深度超过２π的深蚀刻二元光学技术，并从理论上分析深蚀刻二元光这元件与衍射效率的关系，然后用计算机进行模拟与分析，得到深蚀刻二元光学元件特性后一些初步研究结果。     

用串行迭代算法设计具有长焦深功能的衍射光学元件

提出一种串行迭代算法,将它用于控制波前传播进行衍射光学元件设计.用此算法设计出能使半导体激光束聚焦并具有长焦深功能的衍射光学元件.模拟计算结果表明了此设计方法的有效性.该衍射光学元件已用光刻和离子刻蚀技术制备并进行了光学实验研究,取得了与理论设计一致的实验结果.     

减少自变量与ALOPEX算法在二元光学元件设计中的应用

建立了在二元光学元件优化设计中独立自变量数目与入出射图案之间的数学关系，指出了以往将元件所有单元位相作为自变量直接进行优化的不当所在，为减少设计中计算量与得到好的设计结果提供了一条有效途径；另外，成功地将一种比模拟退火算法计算量小的优化算法－ＡＬＯＰＥＸ应用到二元光学元件的设计中来，结合这两方面，提出了一种计算量小，且抗局部极值能力强的通用二元光学元件设计方案，最后比较了多种算法的设计结果。     

基于位相测量偏折术的高精度检测平面光学元件面形的方法

针对位相测量偏折术（phase measuring deflectometry，PMD）在光学元件面形的高精度检测中存在面形低阶误差控制困难等问题，介绍了位相测量偏折术检测平面光学元件面形的基本原理，对有关PMD技术的面形改进重建算法、相对检测和四步剪切的系统误差扣除方法的研究进展进行了阐述，分析了基于PMD技术实现对口径398.7 mm×422.8 mm平板玻璃的拼接检测以及平面元件中可能存在的寄生反射影响的消除方法。指出建立的6相机斜率拼接检测系统的检测精度RMS可达1 μm，利用多频条纹法和二值条纹法可有效地消除寄生反射的影响，为大口径光学平面元件的前、后表面面形高精度检测提供一种可行的方案。     

用于光束整形的衍射光学元件设计的混合算法

提出了一种用于衍射光学元件优化设计的混合遗传迭代爬山算法,该算法将迭代量化傅里叶变换算法融入到遗传算法中,然后在整体遗传算法结束后,对找到的当前最优解再用爬山法进行局部寻优,从而得到最优的衍射光学元件表面相位分布.用该混合方法设计了衍射光学元件,可以将入射的高斯光束整形成方形的均匀光斑.模拟结果表明:该混合算法具有收敛速度快、设计准确度高等优点.相比于其它设计方法,本文提出的方法能较好地改善整形效果,特别适用于光束整形的衍射元件设计.     

利用二维杨-顾算法设计非对称结构衍射光学元件

杨 顾算法是一种设计衍射光学元件的相位恢复方法。在大多数文献中,主要用它来设计一维衍射光学元件和具有旋转对称结构的二维衍射光学元件,故在此称之为一维杨 顾算法。二维杨 顾算法可用来设计任意结构的二维衍射光学元件。在基于非幺正变换光学系统中,用振幅 相位恢复理论建立了二维杨 顾算法的数学模型,给出了迭代算法。利用自编的仿真程序包设计了一个具有非对称结构的衍射相位元件。     

Optimal nonmonotonic convergence of the iterative Fourier-transform algorithm

The increase of the monotonic convergence rate is an important issue for iterative Fourier-transform algorithms. However, the steepest monotonic convergence of the iterative Fourier-transform algorithm does not always promise an optimal solution in the design of a diffractive optical element. The optimal nonmonotonic convergence of the iterative Fourier-transform algorithm is investigated by employing a microgenetic algorithm. The proposed hybrid scheme of the iterative Fourier-transform algorithm and the microgenetic algorithm show nonmonotonic convergence, and this results in a superior design.     

Design of wavelength-selective waveplates using genetic algorithm

Wavelength-selective waveplates, which act either identically or differently for plural wavelengths, are useful for optical systems that handle plural wavelengths. However, they cannot be analytically designed because of the complexity of their structure. Genetic algorithm is one of the methods for solving optimization problems and is used for several kinds of optical design (e.g., design of thin films, diffractive optical elements, and lenses). I considered that it is effective for designing wavelength-selective waveplates also and tried to design them using the genetic algorithm for the first time to the best of my knowledge. As a result, four types of wavelength-selective waveplate for three wavelengths (405, 650, and 780 nm) were successfully designed. These waveplates are useful for Blu-ray Disc/Digital Versatile Disc/Compact Disc compatible optical pickups.     

用于光束整形的衍射光学元件设计的混合算法

提出了一种用于衍射光学元件优化设计的混合遗传迭代爬山算法,该算法将迭代量化傅里叶变换算法融入到遗传算法中,然后在整体遗传算法结束后,对找到的当前最优解再用爬山法进行局部寻优,从而得到最优的衍射光学元件表面相位分布.用该混合方法设计了衍射光学元件,可以将入射的高斯光束整形成方形的均匀光斑.模拟结果表明:该混合算法具有收敛速度快、设计准确度高等优点.相比于其它设计方法,本文提出的方法能较好地改善整形效果,特别适用于光束整形的衍射元件设计.     

A general phase retrieval algorithm based on ptychographicaliterative engine for coherent diffractive imaging

Coherent diffractive imaging (CDI) is a lensless imaging technique and can achieve a resolution beyond the Rayleigh or Abbe limit. The ptychographical iterative engine (PIE) is a CDI phase retrieval algorithm that uses multiple diffraction patterns obtained through the scan of a localized illumination on the specimen, which has been demonstrated successfully at optical and X-ray wavelengths. In this paper, a general PIE algorithm (gPIE) is presented and demonstrated with an He-Ne laser light diffraction dataset. This algorithm not only permits the removal of the accurate model of the illumination function in PIE, but also provides improved convergence speed and retrieval quality.     

采用分步迭代算法设计制作衍射光学元件

 结合均匀照明相位器件的设计实例，介绍最新提出的基于迭代框架的优化方法，并应用该方法设计制作了16台阶的衍射光学元件并对其进行了测试，验证了设计原理及方法的正确性，且对加工中可能出现的误差进行了分析和讨论。测试结果验证了采用多台阶相位结构的设计方案能有效提高工艺宽容度。     

A general phase retrieval algorithm based on a ptychographical iterative engine for coherent diffractive imaging

Coherent diffractive imaging (CDI) is a lensless imaging technique and can achieve a resolution beyond the Rayleigh or Abbe limit. The ptychographical iterative engine (PIE) is a CDI phase retrieval algorithm that uses multiple diffraction patterns obtained through the scan of a localized illumination on the specimen, which has been demonstrated successfully at optical and X-ray wavelengths. In this paper, a general PIE algorithm (gPIE) is presented and demonstrated with an He-Ne laser light diffraction dataset. This algorithm not only permits the removal of the accurate model of the illumination function in PIE, but also provides improved convergence speed and retrieval quality.     

DESIGNING A DIFFRACTIVE OPTICAL ELEMENT FOR CONTROLLING THE BEAM PROFILE IN A THREE-DIMENSIONAL SPACE USING THE SIMULATED ANNEALING ALGORITHM

We have designed a spatially quantized diffractive optical element (DOE) for controlling the beam profile in a three-dimensional space with the help of the simulated annealing (SA) algorithm. In this paper, we investigate the annealing schedule and the neighbourhood which are the deterministic parameters of the process that warrant the quality of the SA algorithm. The algorithm is employed to solve the discrete stochastic optimization problem of the design of a DOE. The objective function which constrains the optimization is also studied. The computed results demonstrate that the procedure of the algorithm converges stably to an optimal solution close to the global optimum with an acceptable computing time. The results meet the design requirement well and are applicable.     

控制三维光场的纯相位衍射光学元件优化设计

为提高纯相位衍射光学元件的设计效果，实现高衍射效率的三维光场衍射传播控制，在原有GS迭代算法的基础上提出了新的相位加权迭代优化设计算法。此算法的特点是，建立多衍射输出平面迭代加权算法模型，并通过反馈各个设计输出平面在迭代计算过程中的设计误差，引入一定的相位动态加权整调策略，以达到更加优化的设计效果。以此算法设计一个纯相位衍射光学元件，将输入的高斯光束在距离输入面300mm～400mm内的每个平面上变换为2×2等强度光束阵列。通过对比实验发现此方法在原有算法基础上能进一步改善算法的收敛效果，提高整体设计质量，实现更加优化的运算。