光寻址液晶空间光调制器用于激光光束整形的可控系统和设计算法

提出了一种利用光寻址液晶空间光调制器(LC-SLM)来实现实时可控的激光光束整形的系统和算法.用几何变换法和盖师贝格-撒克斯通(G-S)算法对有振幅调制和位相畸变光束进行均匀分布的平顶光束整形及数值模拟,用几何变换法可以得到非常好的小尺度的均匀性输出光束,而G-S算法能够有效地改善入射光束的大尺度不均匀性.为了减少输出光束的均方根误差和顶部不均匀度,提出结合几何变换方法和G-S算法,由几何变换方法得到的相位分布为G-S算法的初始相位分布.计算机设计的仿真结果表明:利用这种算法可以有效减少大尺度的不均匀度值,并得到合适的输出光束.     

提高激光束整形质量的新方法

从设计优化算法和拟合方法两方面,研究了提高二元光学元件(BOE)激光束整形性能的方法。利用盖师贝格-萨克斯通(GS)算法和平滑修正法相结合的混合算法以及改进的平滑修正法,在保持顶部均匀性的前提下提高了能量转换效率,在极坐标下得到了高质量的均匀圆光束和空心环形光束输出。研究了元件半径、采样点数和初始半径与拟合精度之间的关系。在Zemax中得到了合理的BOE相位结构,输出光束满足设计要求。     

衍射光学器件精细化设计及光强失真机理

基于基尔霍夫标量衍射理论,详细分析了输入、输出平面及变换函数抽样间距的选取原则.系统建立了衍射光学器件精细化设计的抽样理论,深入研究了输出图样在非抽样点上的光强失真机理.在定义衍射光学器件光能利用率、顶部不均匀性等性能评价参数的基础上,以盖师贝格-撒克斯通(GS)算法设计一维光束整形器件为例,探讨了输出图样在非抽样点上的光强失真和输出平面抽样间距间的关系,通过模拟计算验证了精细化设计时输入与输出平面抽样理论的有效性.     

衍射光学器件设计中空间延拓分量的理论研究

发现并研究了衍射光学器件优化设计中空间延拓分量的存在及其交叠现象。基于标量衍射理论基础，从空间频谱角度出发，详细研究了空间延拓分量的形成机理，导出了消除其影响的相应条件。在定义衍射光学器件的光能利用率、顶部不均匀性等性能评价参数的基础上，以盖师贝格-撒克斯通（GS）算法设计一维光束整形器件为例，探讨了空间延拓分量的交叠程度和输入平面抽样间距间的关系，并通过模拟计算验证了空间延拓分量的存在、交叠及其形成机理。     

基于衍射/反射光束整形系统的高密度泵浦源

利用二元光学元件微型化和对波面进行任意整形的特点,将二元光学衍射器件用于高功率激光二极管阵列光束的快、慢轴准直,并结合空心导管设计一种衍射/反射混合型光束整形系统,用于实现高密度、高均匀性LD泵浦源.应用时域有限差分法(FDTD)的严格矢量分析表明:所设计的二元光学准直器性能优良,准直后光束发散角在误差范围内接近衍射极限,慢轴方向衍射效率为82.21%,快轴方向为75.76%.模拟设计的结果表明:采用这种衍射/反射光束整形技术的高密度泵浦源能获得高功率密度和高均匀性的抽运光束,在空心导管出射端面附近光强起伏RMS<1%,并且在光束的准直性能和系统紧凑性方面优于传统整形方法.     

激光淬火中二元光学光束整形器的设计

从激光淬火中激光辐照下工件表面各点散热的非均匀性出发，提出将人射激光高斯波面变换为与散热非均匀性相匹配的二次抛物型波面的原理，并据此设计了二元光学波面整形器。改进了Y-G算法，计算出实现这种变换的整形器的位相函数。计算结果表明：其衍射效率为98．61％，最大相对偏差为0．18％。     

基于改进GS算法的衍射光学光束整形元件的设计

利用不动点迭代法解非线性方程以加速迭代过程的思想对GS算法进行了改进,用改进的GS算法设计了将高斯光束整形为两束圆形光束的16台阶衍射光学元件.模拟结果表明,相对于GS算法,用改进的算法设计出的衍射光学光束整形元件,均方误差(SSE)减少了33.05%,拟和系数(η)提高了0.68%,优化了整形光束的性能质量;同时该算法能减小GS算法对迭代初值的依赖性,促使GS算法跳出陷入局部最优解的困境.     

二元光学元件在星载激光测高仪中的应用

采用二元光学元件通过波面变换实现了对光束发散角的压缩，同时大大降低了系统的重量。计算和实验表明本系统可将出射光束的发射角压缩至小于20μrad，完全满足了测高仪的要求，并且不会对其测程造成影响。     

二维光束整形的衍射光学元件设计

采用加权串行迭代算法(WSI)设计衍射光学元件(DOE)，将二维圆形高斯分布的激光光束分别整形为二维正方形和三角形的均匀光束，同时实现了光束形状改变及振幅分布均匀化的功能．模拟计算结果表明，用WSI设计得到的输出波形形状基本达到要求，转换到均匀区的能量效率分别达到95．3％、93．6％．     

用于提高中继镜系统能量耦合效率的光束整形

光束上行传输能量耦合效率是中继镜系统的关键因素之一,通过利用随机并行梯度下降算法(SPGD)优化出射光束的相位分布实现接收光场的光束整形,提高系统的能量耦合效率。建立了双望远镜系统模型并计算了0.10.5 m双望远镜系统垂直传输10 km和30 km的结果。结果表明,通过整形,中继镜系统的上行传输能量耦合效率得到了有效的提高。     

基于相位混合算法的衍射光学元件优化设计方法

在光束整形衍射光学元件的设计中,为提高目标衍射图样的重构精度,提出了一种基于相位混合的迭代算法。该算法采用复振幅每次迭代循环的初始相位与返回相位的加权和为驱动函数,并以每次循环开始和结束时的光强比较作为光束相位变换的判据。简单讨论了Gerchberg-Saxton（GS）算法的缺陷,并以高斯分布-均匀分布和高斯分布-环分布为例,对比了改进算法与GS算法的设计结果。计算机仿真结果表明,改进算法的极限收敛精度比GS算法高几个数量级,其能量利用率、顶部不均匀性等指标也均优于GS算法。该算法能获得重构精度较高的输出图样,对衍射光学元件的优化设计具体参考意义。     

用二元光学技术制作的双通道Kinoform

通过对物的频谱加入二次相位因子，使其具有双通道的特性；再采用Gerchberg—Saxton(C-S)的迭代算法，在物域和频域之间进行多次迭代，使频谱的振幅大致为常数，并对频谱进行量化。用二元光学技术制作了8台阶透射式双通道kinoform，再现时获得了清晰的像，衍射效率较高，达到58．5％。     

基于多面循环Gerchberg-Saxton算法相位复原研究

为了避免传统Gerchberg-Saxton算法易陷入局部极值、而不能达到理想精度的问题,采用一种简单的循环方法,通过增加信息量,即增加一个平面,使算法能够比较有效地跳出局部极值,并进行了模拟计算。在光瞳平面振幅未知的情况下,利用焦平面或附近位置处的光强信息,对光瞳平面相位和振幅分布进行了恢复。结果表明,新算法达到较高的相位复原精度,进而实现了任意位置处光场的准确复原。     

基于萤火虫算法的衍射光学器件设计

针对采用经典的 Gerchberg-Saxton算法设计的衍射光学器件(DOE)产生的光强分布相对误差较大, 以及采用传统群智能优化算法设计的DOE光能利用率不高的不足,本文提出了利用萤火 虫算法(FA)实现衍射光学器件设计的方法,兼顾了优化效率和 优化结果。以激光匀束器的设计为例,在模拟计算中,利用FA经过5000次迭代,得到的激光匀束器的光能利用率高达92.91%,绝对误差值低至0.60%。     

阵列光镊衍射元件的算法设计

作为光镊技术近年来最重要的发展之一,二维阵列光镊在纳米制造和生物芯片制作中具有广泛的应用前景。衍射光学元件是构成阵列光镊的关键器件之一,而Gerchberg-Saxton(G-S)算法是设计相位型衍射光学元件的一种常用方法。实现了伪随机编码的G-S算法,并将计算得到的相位分布图输入到液晶空间光调制器上,在透镜的后焦面上得到阵列分布的光点,提出并实验验证了通过振幅调制能够有效减少远场衍射的背景噪声,为将来设计阵列光镊衍射元件提供了可能。     

GS算法设计计算机光学元件的一种改进

通过间断地进行相位替换,在GS算法的基础上提出了一种改进算法.用改进的算法对计算机光学元件(COE)进行了设计.计算结果表明,相对于GS算法,改进的算法对初始值的选取更不敏感,能在更广泛的解空间内搜寻更优的解,具有更高的收敛效率.     

Characterization of ultrashort optical pulses with third-harmonic-generation based triple autocorrelation

We present a method to obtain complete information of femtosecond pulses. By measuring triple-optical autocorrelation directly with third-harmonic generation, without spectral information, a temporal pulse shape can be obtained by analytical calculation without direction-of-time ambiguity. Combining the resulting optical pulse shape with its corresponding optical spectrum, the exact phase and color variations in time can all be recovered with a Gerchberg-Saxton algorithm through an iterative calculation with an O(n) complexity.     

针对离焦曲面均匀辐照的连续相位板设计

提出一种针对光强接收面为离焦曲面的连续相位板(CPP)的设计方法，该方法改进了传统的Gerchberg-Saxton (GS)迭代算法，不再以焦面作为设计目标，在每一次的迭代过程中都考虑实际离焦的影响，以离焦面作为设计目标；同时为了解决曲面设计问题，提出修正重构离焦面上的目标光强函数的方法。模拟计算表明，新的连续相位板设计方法，相对于以焦面作为设计目标的传统方法，可以很好地控制离焦曲面上的焦斑轮廓，得到很高的能量集中度，可满足惯性约速聚变对束匀滑元件相位连续性、光斑包络及能量集中度的要求，较好地解决了离焦曲面上的束匀滑问题。