实现光束变换的连续位相衍射光学器件的研制

本文利用基于模拟退火法和爬山法相结合的混合优化算法,实现光束变换的连续位相衍射光学器件的设计。通过灰阶掩膜板及离子刻蚀工艺,研制了 Φ１００ｍ ｍ 的连续位相衍射光学器件。通过多级衰减片及ＣＣＤ 实现了焦斑光强分布测量。测量结果表明：边缘陡峭、旁瓣小、中心主瓣具有一定均匀性,且没有中心零级锐脉冲的焦斑光强分布     

一种新型的可调分束器

介绍了一种二元光学光束分束器，这种分束器可使分出两光束强度比连续可调，文给出理论和实验结果。     

二元光学元件衍射效率的逐层分析法研究

提出了一种有效的分析二元光学元件衍射效率的新方法－逐层分析法，并对四台阶二元器件，就蚀刻深度误差和横向对准误差对器件衍射效率的影响进行了详细的分析和讨论，证明了用该方法分析含有横向对准误差的二元光学元件的衍射效率非常简便有效。     

二元光学波面变形器件的研究

基于计算全息原理设计了二元光学波面变形器件，一块二元光学器件的衍射效率比计算全息可提高４倍，高斯波面整形需要二块整形光学器件，二元光学器件的激光利用率比计算全息提高１６倍，而且制做工艺简单．     

提高二元光学器件衍射效率的准连续编码策略

基于标量衍射理论，二元光学器件的衍射效率，微结构误差对衍射效率的影响，提出了一种准连续编码方法，并给出了加工非２ｎ台阶所需掩模板的具体形式。在一定的加工条件和工艺水平下，采用这种编码方法，可以不增加加工成本和工序，仅通过新颖的掩模板设计方法充分利用现有加工条件和设备，使二元光学器件的衍射效率得到很大程度的提高。从而不仅能使一般混合系统的效率得到提高，更能充分发挥混合光学系统的成像能力。此编码方法的采用有利于推进二元光学器件的实用化。     

二元光学分束器输出稳定性的优化设计

提出将微分-积分法用于二元光学分束器的设计, 以改善其输出对输入变化的敏感性。模拟计算表明, 使用这种方法设计的分束器, 当输入光束形状和强度变化时, 目标光强分布保持一定程度的稳定性, 衍射效率达到92.67% , 光强不均匀性小于0.002%。当输入由基模高斯波变为超高斯波或带有微小随机起伏的矩形光斑和平面波时, 衍射效率最低仍能达到89.60% 以上, 光强不均匀性最高为11.49%。综合衍射效率与光强不均匀性两方面考虑, 本文设计结果优于现有文献报导。     

二元光学分束器输出稳定性的优化设计

 提出将微分-积分法用于二元光学分束器的设计, 以改善其输出对输入变化的敏感性。模拟计算表明, 使用这种方法设计的分束器, 当输入光束形状和强度变化时, 目标光强分布保持一定程度的稳定性, 衍射效率达到92.67% , 光强不均匀性小于0.002%。当输入由基模高斯波变为超高斯波或带有微小随机起伏的矩形光斑和平面波时, 衍射效率最低仍能达到89.60% 以上, 光强不均匀性最高为11.49%。综合衍射效率与光强不均匀性两方面考虑, 本文设计结果优于现有文献报导。     

实现ICF束匀滑的二元光学器件设计与制作

 采用爬山法和模拟退火法相结合的混合优化算法,设计得到了二元光学器件的良好位相结构;基于高斯分布随机信号模型,分析了二元光学器件对输入波面位相畸变的宽容度。首次针对波长λ＝1.053μm研制了φ10mm的连续位相二元光学器件,并通过多级衰减片及CCD实现了焦斑光强分布测量,结果表明得到了边缘陡峭、旁瓣小、中心主瓣具有一定均匀性、且没有中心零级锐脉冲的焦斑光强分布。     

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。     

YG算法设计分数傅里叶变换衍射光学光束整形器件

针对分数傅里叶变换衍射光学光束整形器件,比较了按离散点与按菲涅耳积分计算得到的变换矩阵间的差距,从中分析得出按离散点计算的变换矩阵引入的离散化误差与分数傅里叶变换系统参数的关系.模拟计算结果表明,该离散化误差不能忽略.为了在输出面上得到真实的光强分布,应采用菲涅耳积分计算其变换矩阵.鉴于该变换矩阵非幺正,本文利用YG算法进行了光束整形器件的设计.     

菲涅耳区衍射光学束匀滑器件的设计

采用精细化设计方法,进行了菲涅耳区衍射光学束匀滑器件的设计,利用爬山-模拟退火混合优化算法,获得了真实的束匀滑分布,不仅控制了算法采样点上的光强分布,还控制了其他非采样点上的光强分布。优化得到的束匀滑器件的位相深度小于π,易于后续加工。     

扩束准直光学系统中光学元件失调对高斯光束传输变换的影响分析

基于广义惠更斯-菲涅尔衍射积分公式, 以高斯光束为激光束模型,推导了激光光束通过失调扩束准直光学系统的传输公式,分析了光学元件失调对扩束准直光学系统输出光束传输特性的影响,并在此基础上进行了仿真。实验结果表明,高斯光束通过失调扩束准直光学系统时,出射光束变为偏心高斯光束,光学元件失调程度越大,输出光束越偏离光轴,光束质量越差。在同样的失调下,长焦距光学元件对输出光束影响更大,因此在激光扩束准直光学系统中,调整长焦距光学元件更为重要。     

基于DPDV算法的二元光学元件设计

为解决用于高斯分布激光束整形的二元光学元件设计问题 ,在深入研究现有的各种迭代算法 ,如GS算法、模拟退火法、Alopex法等的基础上 ,提出了并行模拟退火算法和DPDV算法 (DifferentParametertoDifferentVariables)。特别是DPDV算法综合了各种算法的优点 ,而避开了其缺点。得到了迄今为止最好的计算结果     

四通道激光干涉仪中二元光学分束器的退偏问题

经理论计算，在四通道激光干涉仪中二元光学分束器的退偏问题通常不会影响仪器的测量精度，实验结果支持这个结论。用其取代传统的棱镜或平板玻璃来分束有着明显的优点。但当光栅周期小于波长量级和测量精度达纳米级时，对其退偏问题要给予充分的考虑。     

基于叠层衍射成像的二元光学元件检测研究

本文提出了一种基于叠层衍射成像(ptychography)的二元光学元件的检测方法,该方法可实现对二元光学元件表面微观轮廓的检测以及特征尺寸的标定.相比于传统的二元光学元件检测方法,其使用无透镜成像技术,简化了系统结构并可适用于特殊环境下的检测.该方法可直接通过采集多幅衍射图,利用叠层衍射成像迭代算法可精确地复原大尺寸待测元件的表面微观轮廓,提高大尺寸器件的检测效率.本文模拟仿真了台阶高度与噪声大小对纯相位台阶板复原结果的影响,并在光学实验中选取计算全息板为样品,复原样品的表面微观轮廓信息以及得到台阶高度.以白光干涉仪检测结果为标准,该方法在精度要求不太高的前提下,可获得令人满意的成像质量.     

利用汉克尔变换设计高斯光束整形衍射元件的应用研究

衍射光学元件由于可以实现对高斯光束的整形而被重视,其通常的设计方法为G-S算法,由于使用傅里叶变换运算量大、费时长,将快速汉克尔变换应用到这些算法中可以极大地提高运算速度,节省运算时间,为设计复杂的光束整形元件提供了高效、可行的方法。本文利用该种方法设计针对中心波长为775 nm、光束束腰口径为6 cm的激光器,成功设计了一个具有二阶相位的折衍混合光学元件。仅单独这一片元件,既可在距离其35 m处得到一半径为200μm的圆形平顶光斑,均方根误差D0.021。当抽样值取2~15时,在普通PC机上运行时间仅为20.05 s,大大节省了优化设计时间(整个优化设计过程往往需要几十次甚是上百次这种运算)。同时利用离子刻蚀技术加工了该折衍混合元件,并进行了实际测试,结果与设计值基本相符,整形效果较好。这种单片的整形元件不仅整形效果好,还有利于与激光器的集成,简化系统的调节。     

采用二元光学元件的三维轮廓测量方法

提出了采用二元光学元件(BOE)进行三维形貌测量的新方法。设计二元光学元件产生空间二维点阵结构光,经物面调制后的点阵信息被相机一次获取,利用三角测量法得到物体的三维空间坐标。按该方法处理得到的结果与实际物体的形貌特征吻合。结果表明,按该测量系统具有便捷式功能,适用于三维照相等应用领域。     

Higher diffraction order photorefractive optical beam splitter

A higher diffraction order photorefractive (PR) optical beam splitter has been realized based on a PR higher diffraction order grating. In the experiments, the beam splitter was produced by two-wave coupling at a small incident angle in Fe:LiNbO₃ using the output from a He–Ne laser at 632.8 nm. An incident signal beam containing three different wavelengths (632.8, 532.0 and 488.0 nm) was split into multi-output beams by the beam splitter. The size of higher diffraction order is given and the influence of crystal thickness is discussed. Results show that the higher diffraction order PR optical beam splitter provides a practical method to split a multi-wavelength signal beam.