基于液晶空间光调制器的激光束整形

采用相位混合算法(PMA)与平滑修正法相结合的混合算法,对激光发出的高斯光束进行整形,得到了均方误差和顶部不均匀度均明显降低的等光强分布。利用液晶空间光调制器(LCSLM)的相位调制特性,实现了对高斯光束的光束整形,获得了光强均匀分布的圆光束和矩形光束输出。得到的输出光束顶部不均匀度和均方误差都低于5%,能量集中度在90%以上。表明此方法是一种实时、可控和高效的激光束整形方法。     

用于惯性约束聚变束匀滑的完全连续相位板设计方法

针对惯性约束聚变束匀滑对连续相位板的需要,用改进的盖师贝格－撒克斯通（G－S）算法,进行了完全连续相位板（FCPP）设计方法的研究,在盖师贝格－撒克斯通算法流程中,引人局部替代函数,设计出完全连续的深浮雕相位结构,消除了2π线。     

基于瑞利-索末菲衍射理论的近场大衍射角衍射光学元件的设计

提出了一种基于瑞利-索末菲衍射理论的设计方法,用于近场大衍射角衍射光学元件的设计.研究在大衍射角条件下,衍射光学元件面和输出面采样点之间应满足的空间位置关系.采用无远场和傍轴近似的正、逆向衍射计算方法对传统盖师贝格-撒克斯通算法进行改进,得到近场大衍射角衍射光学元件的设计方法.以"田"字形目标光强为例,将传统设计方法、现有大衍射角衍射光学元件设计方法和本文提出的设计方法进行对比,结果表明:在近场区域,本文方法可以准确重构出大衍射角衍射光学元件的目标光场,其他两种方法则会导致重构光场产生明显的畸变或者模糊化.     

一种用于减少相位突变点的衍射光学元件改进设计方法

提出了一种基于数字图像处理技术的用于降低相位突变点的改进型Gerchbery-Saxton(G-S)衍射光学元件设计方法。与普通的G-S衍射光学元件设计算法相比,这种改进型的G-S算法能够使得衍射光学元件的相位分布曲线更加光滑,并且在迭代计算过程中具有更强的收敛能力。利用该种算法获得了由高斯光束变换成空心光束时所需要的衍射光学元件的相位分布,在同样参数条件下,均方根误差为8.31%,优于普通G-S算法的9.46%;并且约有33.2%的像素的相位值得到了改进,从而平滑了衍射光学元件的相位分布曲线,便于实际的微加工。     

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.     

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.     

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。     

用SA-BIWP混合算法设计三维圆环光束的BOE

提出用模拟退火—体迭代混合算法（SA-BIWP）设计二元光学元件（Binary Optical Element-BOE）,实现了将入射平面波整形为圆环光束输出,并使该圆环光束在沿轴向一定距离的范围内保持光强分布不变.模拟计算表明,该混合算法对设计控制波前在三维空间传播的BOE具有良好的通用性.     

光束质量对平顶衍射光学元件输出的影响

衍射光学元件（DOE）对入射光束的波长、束宽、光束质量等参数都有很高的要求,其中光束质量的影响无法直接通过相干光场的衍射积分得出。本文利用高斯谢尔模型（GSM）光束分析了光束质量对平顶衍射光学元件输出的影响。采用对称迭代傅里叶变换算法设计了输出平顶光斑的DOE。用模式分解的方法研究了不同光束质量的光束经该DOE后的输出光斑,发现光束质量因子增加会使输出光斑平顶区尺寸减小,导致DOE失效。从交叉谱密度出发,表明DOE的输出光斑是相干部分和非相干部分的卷积,其中非相干部分是导致输出光斑劣化的原因。给出了平顶衍射光学元件适用的最大M2因子与输入和输出光束尺寸之间的关系。给出了一种GSM光束整形DOE的设计方法,该方法有助于在低光束质量激光器中实现DOE的应用。     

低散斑环形光束整形器件的设计及实验

提出一种可有效抑制散斑噪声的衍射元件设计方法.在传统Gerchberg-Saxton算法的基础上,通过选择一种特殊的初始相位,在不降低衍射效率的同时,有效提升光斑的均匀性.以将高斯光束整形成环形平顶光束为例,开展了数值仿真和光学实验.结果表明,利用该方法和传统Gerchberg-Saxton算法设计得到的环形平顶光束散斑对比度分别为11%和34%,验证了该方法可以获得低散斑噪声的环形平顶光束.     

Vector fuzzy control iterative algorithm for the design of sub-wavelength diffractive optical elements for beam shaping

The vector fuzzy control iterative algorithm (VFCIA) is proposed for the design of phase-only sub-wavelength diffractive optical elements (SWDOEs) for beam shaping. The vector diffraction model put forward by Mansuripur is applied to relate the field distributions between the SWDOE plane and the output plane. Fuzzy control theory is used to decide the constraint method for each iterative process of the algorithm. We have designed a SWDOE that transforms a circular flat-top beam to a square irradiance pattern. Computer design results show that the SWDOE designed by the VFCIA can produce better results than the vector iterative algorithm (VIA). And the finite difference time-domain method (FDTD), a rigorous electromagnetic analysis technique, is used to analyze the designed SWDOE for further confirming the validity of the proposed method.     

双频回旋管内置准光模式变换器设计

回旋管一般使用准光模式变换器实现高阶腔体模式到高斯波束的转换。结合标量衍射理论、KS迭代算法、几何光学、最小均方法等方法设计了工作频率为140 GHz(TE24,9)和105 GHz(TE18,7)的双频准光模式变换器。仿真结果显示所设计的准光模式变换器工作频率为140 GHz(TE24,9)时能量传输效率99.0%、高斯含量99.7%,工作频率为105 GHz(TE18,7)时能量传输效率97.3%、高斯含量98.0%。能够满足MW级双频回旋管的应用需求。     

神光-Ⅲ 3ω光路自动准直系统设计

基于闭环反馈控制理论，对神光-Ⅲ 3ω光源自动准直系统进行设计，分析系统的工作原理、控制算法和软件控制流程。对准直过程中电动控制对于控制结果影响的变化规律建立了数学模型，旨在克服俯仰和方位相互联动对准直精度的影响。采用二维镜架自动准直方案，使准直偏差在预定调整范围内不断收敛。神光-Ⅲ调试现场的准直结果证明：该自动准直系统达到了设计要求，即自动准直系统在半小时内完成8路光束的光束准直，其角度误差≤5.0%/空间滤波器小孔直径,平移误差≤1.0%(光束近场直径精度)。     

一种基于角谱理论的改进型相位恢复迭代算法

进行星间激光通信的光学发射天线光束整形器设计时, 首要解决的问题是根据输入光场及理想的输出光场, 确定整形器的相位分布, 其核心就是相位恢复. 基于角谱传播理论, 在传统 Gerchberg-Saxton (G-S)迭代算法的基础上, 提出了一种幅度梯度加成迭代算法, 给出了算法的详细流程与分析. 与G-S相比, 新算法利用迭代过程, 构建光场幅度反馈回路, 利用梯度搜索最佳迭代路径, 两者的联合作用加速其迭代收敛进程. 数值仿真表明, 新算法的单位迭代次数所引起迭代误差下降的速度是G-S算法的1.7倍, 其收敛速度明显优于G-S算法; 对不同的随机初始相位, 新算法都能进行有效迭代, 表现出适应性强, 且收敛一致性好的优点. 幅度梯度加成迭代算法为复杂光场的高效相位恢复提供了一种新思路, 为设计各种衍射光学元件提供了技术支持. 关键词： 相位恢复 迭代算法 角谱理论 光通信     

Intensity control of the focal spot by vectorial beam shaping

A vectorial beam shaping algorithm is presented for the design of a phase-only diffractive optical element to achieve a given target intensity profile in the focal plane under tight focusing conditions. The underlying iterative optimization scheme is based on the Richards-Wolf vectorial diffraction theory and the Gerchberg-Saxton method, and is suitable for an arbitrary incoming polarization distribution, since only the magnitudes of the field vectors in the focal plane are reshaped. The efficiency of the method is numerically demonstrated for flat-top beam shaping examples of linear and circular incoming beam polarizations and square and circular flat-top region shape. A diffraction efficiency of 97.1% and a uniformity error of 4.8% were achieved in the case of focusing a Gaussian input beam onto a 50λ × 50λ square flat-top region with a 1.4-NA lens.     

一种用于均匀照明的衍射光学元件设计的混合算法

介绍一种综合迭代法和优化算法两者优势的混合算法,并用于设计ICF靶场照明衍射光学元件,得出比先前方法更加理想的模拟结果.其衍射效率达到97.5%,均方误差为0.026,并且顶部极为平坦.     

基于文化遗传算法的水浴温度模糊控制器设计

水浴温度控制普遍存在滞后、超调、波动性大等特点,且难以建立精确的数学模型,一般采用模糊控制器实现对水浴温度的控制,但模糊控制规则具有较强的主观性,其控制性能往往达不到客观要求。研究遗传算法在模糊控制规则寻优上的应用,将其和文化算法相结合,构成一种具有双层协同进化机制的文化遗传算法,采用专家经验的知识信息构成信仰空间作为指导方向,然后在群体空间中进行遗传算法操作,选取群体中适应度值较高的个体更新信仰空间,再通过迭代优化,得到适应度值高的个体,将其作为优化的模糊控制规则。仿真实验表明,优化后的规则在控制过程中的动态温度跟踪和稳态误差方面均具有较好的效果。