基于正反傅里叶变换的远场光束整形方法研究

摘要

远场激光束整形最终实现的目标是改善目标光束的各向特性以满足实际需求。其中，远场光束整形技术的关键是如何合理的设计加载在光束整形元器件上的相位恢复算法。所以，相位恢复算法成为了激光束整形研究领域中最重要的科研问题，长期以来，相位恢复算法吸引了大批国内外研究者的关注。
　　目前，用于激光束整形的方法种类繁多，例如非球面透镜组激光整形方法、微透镜阵列整形系统方法、反射式透镜整形方法、双折射透镜组整形法、衍射光学元件整形法、长焦深元件整形方法等一些基于光学器件的整形方法。由于光束整形中的二元器件常用的是纯相位液晶空间光调制器，所以当前最常用的整形方法是基于正反傅里叶变换的迭代优化算法。但是，目前已有的迭代优化算法存在的理论缺陷导致算法的实际整形效果并不满足实际应用的要求，所以，本文在基于GS算法和GAA算法等的基础上，提出来一种GAA算法的优化算法，即优化GAA算法。
　　文中提出的优化GAA算法是在GAA算法的基础上提出的一种改进的、更具普遍性的算法，该算法具有较好的快速收敛性和设计灵活性。由于长期以来多数研究人员忽略了GAA算法中因子ξ的不同取值直接关系着光束整形效果，即实际输出光束光场与预期期望光束光场的逼近程度。因而，没有给出设定的原则而直接给出ξ取值为0.5的GAA算法，具有一定的盲目性和改进的可能性。为此，本文中提出了通过优化因子ξ，最终实现改进和完善GAA算法理论。
　　优化GAA算法不仅兼顾了其他迭代优化算法衍射效率好的优点，而且较好的改善了其他算法输出光束顶部均匀度差的缺陷。此外，优化GAA算法和其他算法比较，其最为突出的优势是优化GAA算法既可以实现平顶光束整形，同时也可以实现非平顶光束整形。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪 论

1.1课题的研究背景及意义

1.2课题的研究现状

1.3 光束整形方法现存问题

1.4 论文的内容安排

1.5 本章小结

第二章 光束整形的基础理论

2.1衍射理论

2.2 基尔霍夫衍射理论

2.3 本章小结

第三章 远场光束整形的相位分布设计方法

3.1 相位分布设计方法的介绍

3.2 纯相位液晶空间光调制器的调制原理

3.3 本章小结

第四章 平顶光束整形的相位分布方法研究

4.1 平顶光束整形理论

4.2 评价光束质量的指标

4.3 平顶光束整形的迭代优化算法

4.4 优化GAA算法

4.5 多种迭代优化算法的比较研究

4.6 迭代优化算法的改进算法

4.7 本章小结

第五章 不同口径和不同形状的光束整形仿真分析

5.1不同口径的矩形平顶光束的整形仿真分析

5.2不同形状的光束整形仿真分析

5.3 本章小结

第六章 FPGA实现优化GAA算法初步工作

6.1 FPGA简介

6.2 FPGA的工作原理

6.3 用FPGA实现傅里叶变换

6.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士期间发表的学术论文目录

致谢