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  • 用于激光光束整形的二元光學元件設計

    作者:佚名 來源:光行天下論壇分享文檔 時間:2023-10-18 12:50 閱讀:1156 [投稿]
    本文在對現有的激光光束整形技術和二元光學元件技術的整形原理、設計分析方法和算法進行調研和分析的基礎上,針對現有用于實現激光波前整形的二元光學元件的設計算法存在受初始值影響大和收斂速度慢的問題,嘗試地采用新算法進行二元光學元件的設計。

    摘要:隨著激光技術在工業、農業、醫藥衛生、國防和科學研究等各個領域的越來越廣泛應用,人們對激光光束質量提出了更高要求。而激光光束呈高斯分布和傳播路徑是雙曲線的特性,限制了它在某些方面的應用,因此對激光光束進行整形的研究變得尤為重要。

    現有的用于激光光束整形的技術有多種,而利用二元光學元件實現激光光束整形是其中的一種比較有效的方法,表現出廣泛的應用前景。

    本文是在對國內#F-元光學元件設計算法進行調研和分析的基礎上,針對原有設計算法存在的某些問題,進行理論分析和計算機模擬:并在對光學軟件學習的基礎上,利用光學設計軟件設計二元光學元件實現光束整形。

    具體內容:

    (1)首先概括介紹了激光光束整形技術和二元光學知識,之后重點介紹了二元光學實現激光光束整形技術:詳細介紹和分析了二元光學元件整形原理、設計原理、設計分析方法和設計算法。

    (2)針對現有的算法存在受初始值影響大和收斂速度慢的問題,嘗試采用新算法一人工魚群算法來進行二元光學元件的設計。計算機模擬結果表明新算法較好的實現了光束整形,其整形結果優于蓋師貝格一撤克斯通(Gerchberg-Saxton,G-S)算法和基本遺傳算法(GA)。

    (3)從設計具有可加工性元件的角度出發,利用光學設計軟件來設計二元光學元件實現激光光束整形。利用光學設計軟件ZEMAX與VC++的外部接口,編寫了表面面型設計程序,得到了具有可加工性的面型分布方程。

    關鍵詞:激光波前整形;二元光學元件;人工魚群算法;光學設計;ZEMAX

    1 緒論

    1.1 激光波前整形技術概述

    自激光器問世以來,經過數十年發展,可以說現階段國民經濟的各個領域:工業、農業、醫藥衛生、國防和科學研究等,已經廣泛應用激光技術,即已經找不到不應用激光技術的領域和部門了。而激光光束呈高斯分布和傳播路徑是雙曲線的特性限制了激光技術在某些領域的進一步應用。比如在非線性光學的頻率變換技術中,要求抽運激光束強度均勻;在高功率固體激光器和放大器中,輸入光束的非均勻性會導致一種“B”積分,使輸出光束質量變壞,甚至損壞激光工作物質。所以說,激光光束的質量直接影響激光技術的應用水平和激光器的整體性能。因此,對激光光束進行整形變得尤為重要,由此產生了多種激光光束整形技術。近年來,激光光束整形技術成為研究的熱點。所謂激光光束整形技術是指改變入射激光束的強度分布為所需要的強度分布,同時調整光束的相位分布來控制傳播路徑。

    在激光光束整形中,最常用的是將高斯分布的激光束整形為均勻分布,即激光束勻滑技術。最初是用光闌從擴束準直的激光束中提取所需要的均勻強度分布,如圖1.1所示,但是這種方法使能量損失嚴重;接著1965年Frieden提出了無能量損失的相位型光束整型系統,它是基于幾何光學原理,采用兩個非球面透鏡結構將高斯光束整形為均勻光束;之后又出現了針對于激光器發出多模光束的微透鏡陣列、可以實現系統小型化的二元光學元件和具有靈活性、更好通用性的雙折射透鏡組以及液晶空間光調制器。


    圖1.1激光束勻滑技術整形示意圖

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