衍射光学束匀滑器件性能的空间频谱分析

采用空间频谱方法分析了衍射光学束匀滑器件的焦面光强分布 ,重新定义了光能利用率及顶部不均匀性两个参数 ,由于其定义的溯源性 ,能够真实准确地评价束匀滑器件的设计性能。最后 ,采用这两个参数对精细化设计前后的衍射光学束匀滑器件性能进行了对比 ,结果证明了精细化设计的有效性     

衍射光学束匀滑器件的精细化设计

修正了衍射光学束匀滑器件一维设计公式 ,利用爬山 模拟退火混合优化算法 ,进行了束匀滑器件的精细化设计 ,不仅获得了算法中焦面采样点上的束匀滑光强分布 ,还使焦面上其他非采样点也满足束匀滑光强分布。     

圆对称衍射光学束匀滑器件的精细化设计

利用爬山 模拟退火混合优化算法 ,对圆对称衍射光学束匀滑器件进行了精细化设计。对比选取不同的焦面采样间隔进行的束匀滑器件的设计结果 ,发现其采样间隔严重影响设计结果的真实性 ,设计计算中仅仅满足采样定理是不够的。为了获得真实的束匀滑分布 ,采样间隔必须小于 /等于 0 5倍传统采样间隔 ,只有这样才能同时控制住焦面采样点和其他非采样点处的光强分布 ,使其满足束匀滑分布     

分数傅里叶变换衍射光学束匀滑器件的精细化设计

采用精细化设计方法,进行了分数傅里叶变换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。     

与光谱色散匀滑技术联用的衍射光学器件的优化设计

基于空间频谱,对光谱色散匀滑(SSD)技术与衍射光学器件(DOE)联用的焦面光强分布进行了严格的理论分析。与光谱色散匀滑技术联用前后,衍射光学器件焦面光强分布均可转化为一系列不同频率、不同复振幅的正余弦函数的叠加。光谱色散匀滑技术对衍射光学器件焦面光强分布空间频谱进行调制,该调制不仅与光谱色散匀滑参数,还与衍射光学器件相位分布有关。该技术使得衍射光学器件焦面光强分布变得更平缓,但要获得良好的联用性能,需根据光谱色散匀滑参数进行衍射光学器件的优化设计。在某一给定的光谱色散匀滑参数条件下,进行了衍射光学器件的优化设计。结果表明,与光谱色散匀滑技术联用后,衍射光学器件对入射波前畸变的宽容度有较大提高。     

衍射光学元件表面反射对高功率激光系统的影响

对高功率激光系统中使用的衍射光学元件(DOE)在束匀滑时产生的表面反射光场进行了模拟计算.计算表明,随着传输距离的增大,反射光由于干涉叠加会产生一定数量的光强极值点,有可能会对前端元件造成损伤.因此,在高功率激光系统应用中,有必要对元件进行一定角度的倾斜放置,从而使反射光偏离前端元件.通过模拟计算分析了衍射元件放置时,倾斜角度对各项束匀滑指标的影响.发现匀滑性急剧变差,并在实验上观察到了相应的定性结果.设计了相位补偿方法,以保证倾斜放置下衍射光学元件的束匀滑能力,并给出了相位补偿的数值模拟结果.     

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.     

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。     

均匀照明用衍射光学器件的空间频域优化设计方法

为改善衍射光学器件(DOE)在均匀照明系统中的应用性能,提高元件优化设计的效率,提出了衍射光学器件的空间频域优化设计方法。基于对均匀照明系统焦面输出光强分布的空间频谱分析,从空间频域的角度,指出通过控制焦斑中的低频调制成分,能够进一步提高实际均匀照明的效果。在此基础上,该优化方法通过在频域内设定优化目标和费用函数,来确定优化方向,可以有效减少输出光强分布中的低频调制成分。应用该方法所得一维多台阶相位型衍射光学器件的设计结果表明,在考虑空间20μm匀滑后,焦斑主瓣光强均方差为3.3%。与已有空间域优化方法的对比表明,在元件实用效果方面,空间频域优化设计方法优于空域方法。     

位相叠加效应对连续位相板束匀滑特性的影响

在大型激光系统的运行过程中，为了对相位畸变导致的焦斑分布不均匀进行改善，在光路通常会使用连续位相板(CPP) 来进行远场束匀滑。根据CPP 面型的随机特性，利用统计的方法对位相板与畸变波前相位的叠加特性进行了计算，系统研究了连续位相板对光束波前分布实现控制的机理。从CPP面形的概率密度与远场直方图之间的关系出发，推导了畸变波前通过CPP 后远场光强分布的表达式，从理论上解释了这种束匀滑器件的工作原理及特性。通过数值模拟计算了不同畸变光束经过CPP后的远场直方图，对结果进行比较并分析了不同面型特性对最终束匀滑效果的影响。结果证明:位相板能在焦斑光强上起到卷积滤波的作用，从而实现光束匀滑效果。从原理上解释了CPP 在具有小相关长度时具有更高匀滑效果这一特性，为实际面型设计和优化提供理论基础。另外，应用统计几何光学方法进行分析，可有效降低波前叠加分析的难度。     

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%。     

激光束整形为矩形光束的DOE的设计及实验

本文以几何理论为基础来设计把激光束整形为矩形光束的衍射光学元件 (DOE) ,推导出了衍射光学元件的相位表达式 ;并以高斯光束整形为例 ,把其整形为所需要的光强分布 ;进而进行了计算机模拟 ,得到了令人满意的结果 ;同时也进行了实验验证 ,实验结果证明了设计方法、理论推导以及程序设计的正确性     

用加权串行迭代算法设计衍射光学元件

提出加权串行迭代（WSI）算法用于解决衍射光学元件（DOE）的设计问题。以高斯光束均匀化为例，模拟计算的结果表明，该算法在减少误差和顶部不均匀度以及提高衍射效率方面都优于GS算法。     

激光束整形为正方框形光束的DOE的设计及实验

以几何理论为基础来设计将激光束整形为正方框形光束的衍射光学元件(DOE),推导出了衍射光学元件表面上的相位表达式;以高斯光束整形为例,将其整形为所需要的光强分布;进行了计算机模拟,得到了比较好的结果;同时也进行了实验验证,实验结果证明了设计方法、理论推导以及程序设计的正确性。