用于激光光束整形的二元光学元件的设计

摘要

随着激光技术在工业、农业、医药卫生、国防和科学研究等各个领域的越来越广泛应用，人们对激光光束质量提出了更高要求。而激光光束呈高斯分布和传播路径是双曲线的特性，限制了它在某些方面的应用，因此对激光光束进行整形的研究变得尤为重要。现有的用于激光光束整形的技术有多种，而利用二元光学元件实现激光光束整形是其中的一种比较有效的方法，表现出广泛的应用前景。
　　 本文是在对国内外二元光学元件设计算法进行调研和分析的基础上，针对原有设计算法存在的某些问题，进行理论分析和计算机模拟：并在对光学软件学习的基础上，利用光学设计软件设计二元光学元件实现光束整形。
　　 具体内容：
　　 (1)首先概括介绍了激光光束整形技术和二元光学知识，之后重点介绍了二元光学实现激光光束整形技术：详细介绍和分析了二元光学元件整形原理、设计原理、设计分析方法和设计算法。
　　 (2)针对现有的算法存在受初始值影响大和收敛速度慢的问题，尝试采用新算法-人工鱼群算法来进行二元光学元件的设计。计算机模拟结果表明新算法较好的实现了光束整形，其整形结果优于盖师贝格-撤克斯通(Gerchberg-Saxton，G-S)算法和基本遗传算法(GA)。
　　 (3)从设计具有可加工性元件的角度出发，利用光学设计软件来设计二元光学元件实现激光光束整形。利用光学设计软件ZEMAX与VC++的外部接口，编写了表面面型设计程序，得到了具有可加工性的面型分布方程。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪论

1.1激光波前整形技术概述

1.2二元光学概述

1.2.1二元光学概念和优点

1.2.2二元光学发展概述

1.2.3二元光学技术应用

1.3本论文研究意义及主要内容

2二元光学元件设计理论

2.1二元光学元件设计原理

2.2二元光学元件设计主要分析方法

2.2.1几何理论分析方法

2.2.2标量衍射理论分析方法

2.2.3矢量衍射理论分析方法

2.3二元光学元件主要设计算法概述

2.3.1 盖师贝格-撒克斯通算法

2.3.2杨-顾算法

2.3.3模拟退火算法

2.3.4遗传算法

2.3.5 DPDV算法

2.4小结

3基于人工鱼群算法的二元光学元件设计

3.1人工鱼群算法概述

3.1.1 公告板

3.1.2禁忌搜索思想

3.1.3行为选择

3.2基于人工鱼群算法设计二元光学元件

3.2.1 人工鱼群算法设计二元光学元件的步骤

3.2.2计算机模拟结果与分析

3.3与其他算法设计结果比较

3.3.1 G-S设计二元光学元件结果

3.3.2基本遗传算法设计二元光学元件结果

3.3.3 讨论

3.4 小结

4利用ZEMAX的二元光学元件设计和工艺参数计算

4.1 理论分析

4.1.1 ZEMAX设计二元光学元件的理论基础

4.1.2高斯分布的光束分析

4.2设计结果和讨论

4.2.1 流程图和源代码

4.2.2光学设计软件仿真结果

4.3二元光学元件工艺参数计算

4.3.1环带半径计算

4.3.2环带面型方程

4.3.3设计结果

4.4 小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致 谢