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.     

用于激光雷达光束整形的二元光学元件的设计和研究

介绍了几何追迹法和GS算法的原理，并用这两种方法设计了二元光学元件，把激光雷达输出的基横模高斯光束整形为均匀圆光束，用MATLAB程序模拟了整形效果，结果表明设计很好，满足光束整形的要求。     

用HIO算法研究光束的空间整形

基于HIO算法,设计了用于光束整形的二元光学元件,从两条不同的途径给出了高斯光束的整形结果。所得“平顶”光束的顶部均匀性很好,且边缘非常陡峭、旁瓣小,表明HIO算法是用于二元光学元件设计的有效算法。     

微反射镜阵列在光束整形中的应用

在激光的实际应用中,需要利用光束整形技术将激光器的输出光束调制为期望的光强分布。微机电系统的发展为光束整形提供了一种解决方案。采用微反射镜阵列,实现了激光光束的整形。基于随机化的思想提出了相应的算法,分析了算法在不同单元数目和不同噪声水平下的表现,为实际应用提供了有价值的参考依据。最后,建立了实际的光路模型,进行了光线追迹,给出单模高斯光束以及考虑噪声情况下的仿真结果。分析结果表明,使用微反射镜阵列可以有效地实现不同输入下的激光光束整形,并且具有极大的灵活性,为光束整形提供了一种新的手段。     

用于背光照明的大口径连续相位板设计和制作

连续相位板(CPP)是大型激光装置中用于控制光束形状、能量和波前分布的一种重要衍射光学元件。为改善聚焦光束的质量,建立了基于现有工艺的大口径CPP理论设计模型,优化了传统衍射元件设计算法。采用该算法设计了用于背光照明的Ф330mm CPP,开展了数控化学抛光制作CPP试制,并在大型激光装置上开展了验证实验。结果表明,基于工艺改进算法设计的CPP具有更好的加工特性和焦斑性能,基本实现了整形和匀滑性能,能够较好满足现有工艺约束条件和物理需求。     

基于复振幅调制的半导体激光光束整形方法

为了改善半导体激光光束质量,使其能够满足大距离高精度干涉测量的要求,使用空间光调制器对半导体激光光束进行整形,提出了一种基于复振幅调制算法的光束整形方法。利用该方法可将半导体激光光束整形为准直性好、光强分布均匀的无像散基模高斯光束。通过光束质量分析对整形后的光束进行评估,实验结果显示整形后半导体激光光束在x和y方向的M2因子均趋于1,像散接近于0,验证了该光束整形方法的有效性。将提出的半导体激光光束整形方法应用于大距离干涉测量中,在8m处进行了微米级步进位移测量,与纳米位移工作台相比,所得结果达到了亚波长的测量精度。实验结果表明整形后的光束能够满足大距离高精度干涉测量的要求,验证了提出的半导体激光光束整形方法的可行性。     

非球面伽利略扩束系统实现激光束空间整形

为实现高功率TEA CO2激光束空间整形,需要设计一套非球面伽利略型整形扩束系统,将束腰8mm的基模高斯光束整形扩束到直径25mm.根据基于几何光学原理导出的系统理论模型,采用龙贝格数值积分算法得到40组描述非球面的数据,非线性最小二乘法拟合数据,获得两个非球面矢高解析式.为验证所设计镜头的光束空间整形效果,用光学软件ZEMAX对束腰8mm的基模高斯光束进行了整形仿真,光线光路追迹结果与理论设计吻合.仿真整形结果表明,可以获得直径25mm的平顶光束,出射波面面形峰谷值误差25个波长,输出基本为平行光.这为进一步工程应用作了必要准备.     

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.     

利用伽利略扩束系统实现激光束空间整形

为实现高功率激光束空间整形,需要设计一套伽利略型整形扩束系统,根据P.W.Rhodes等人基于几何光学原理导出的系统理论模型,采用龙贝格数值积分算法得到40组描述非球面的数据,非线性最小二乘法拟合数据,获得两个非球面矢高解析式,并用光学软件对束腰8mm的入射基模高斯光束进行了空间整形仿真模拟,结果表明可以获得直径25mm的平顶光束输出。利用该镜头对不同束腰高斯光束进行整形仿真,结果表明当束腰大于8mm时,光束整形效果尚可;但当束腰小于8mm时,整形效果随束腰减小而变差。     

波前分割DOE阵列半导体激光器光束的品字形整形

半导体激光器（LD）输出光束受工作电流、个体差异的影响,发散角、输出光强出现波动。常规衍射光学元件（DOE）的激光光束整形设计只针对特定的输入输出光场,使用宽容度比较小。文中在LD 的整形中利用DOE 阵列化的处理,输入光场被分割成许多小单元,不同强度的光重新在成像平面内预定的区域内叠加,实现对光束的整形。用均匀平面波设计阵列DOE 每个单元,把高斯分布的球面波整形成品字形光强分布,衍射效率为90.53%,均匀性大约为96%;发散角在快、慢轴方向上2~16的范围内变化,均匀性为95.8%以上、衍射效率为90%以上;在离焦量16 m 内,光束质量变化不大。阵列DOE 提高了LD 光束整形系统的稳定性。     

Design of Diffractive Optical Elements Used for Beam Shaping in the Fresnel Domain

In the Fresnel transform domain,an effective improvement to the conventional interative algorthm for designing the diffractive optical elements (DOEs)used for spatial beam shaping has been proposed.The algorithm can successfully achieve to design DOEs for beam shaping.Compared with conventinal algorithm,this algorithm can provide faster convergence,more powerful ability to overcome local minimum problem and better shaping quality.By computer simulation,the result has shown that the DOEs designed by this algorithm has snch advantages as high uniformity at the main lobe,low profile error and steep edge.     

采用双自由曲面整形的无掩模光刻照明系统

为了实现无掩模光刻系统所需求的矩形准直平顶激光光束照明,提高照明系统的能量利用率,提出了一种利用双自由曲面整形的照明系统设计方法。根据光程守恒原理和折射定律,推导了积分形式的双自由曲面面形方程;采用数值解法求解积分方程,分别设计了含有双自由曲面的双透镜整形单元和单透镜整形单元的照明系统,使用光学设计软件对两种照明系统进行模拟,得到两种照明系统的照明均匀性在93%以上,能量利用率大于91%。结果表明,两种照明系统均能实现无掩模光刻系统的高均匀性、高能量利用率照明。     

新型高功率激光加工用激光光束展宽方法的探索性研究

探索性地提出了一种基于新型扇形类抛物面聚焦镜的高功率激光加工用激光光束的展宽方法,并对该方法的实现原理和光路设计进行了研究与相关实验验证。根据几何光学原理,采用光线追迹的方法,对实际激光光束经新型光束展宽系统变换后的聚焦特性进行了分析。理论结果表明,通过光束展宽系统变换后,能够将原始圆形激光束连续扫描展宽为光强分布均匀的大尺寸(20~500 mm)弧形条状聚焦光斑。利用横流CO2激光器,对该光束展宽系统的实际光学变换特性进行了初步实验研究,实验结果与理论结果相符合。     

基于迭代傅里叶变换算法的光束整形元件位相编码的优化设计

基于迭代傅里叶变换算法 ,提供了对具有 2个台阶二元光束整形元件进行位相编码的优化设计方法 ,详细研究了初始位相选取以及引入强度自由度、位相自由度在迭代傅里叶变换算法中对再现像品质的影响 ,得到了衍射效率更高的光束整形元件位相掩膜     

基于数值模拟的激光热负荷光强分布设计

激光活塞热负荷模拟实验需将高斯光束调制成按特定光强分布的多个同心光环,为此提出了基于有限元(FE)分析的激光热负荷光强分布反求设计思想。应用最初设计的整形器对有限元模型进行校核,在合理的范围内调整边界条件参数和活塞材料热物性参数,使模拟结果与实验结果吻合;对于校核后的有限元模型,通过调整光强分布和加载条件以接近目标温度场,从而获得整形器优化设计方案。基于上述方法可实现由目标温度场反求设计出光场分布。研究表明,采用数值模拟方法进行研究,可大幅度缩短整形器设计周期、降低设计费用,并起到虚拟实验的作用,从而提高了热负荷实验的可控性和可预见性。     

高斯光束微圆孔衍射的整形变换

激光在实际应用中常需要进行光束整形以便更好地适应实际需要.先从基尔霍夫衍射公式出发经过适当推理,导出了高斯光束通过微圆孔衍射变换的解析计算式,再分析讨论了高斯光束通过微圆孔衍射时的3种整形变换.利用Matlab软件进行计算仿真实验,给出了高斯光束通过微圆孔衍射的3种整形变换的情形,实验表明了解析计算式的可靠性和高斯光束...     

大功率半导体激光束变发散角整形系统设计方法

在研究了大功率半导体激光器(HPLD)光束特性的基础上,提出了实现大功率半导体激光束变发散角的设计方法。针对线源像散激光光源设计了由两个垂直放置的平凸柱透镜组成的可变激光束发散角的整形系统。在满足光束发散角要求的前提下,通过离焦使其出射光束的发散角在一定范围内连续改变。建立了两个柱透镜移动量与光束发散角关系的数学模型。利用商用光学软件对整形系统进行了模拟,结果表明,光束发散角被压缩在一定范围内连续改变,从而可实现对不同范围物体照明。     

基于等光程原理的激光引信光学整形方法

由于受环境、空间、功耗等方面的限制,常规弹药激光引信难以采用传统光束整形方法实现回波聚焦。本文针对常规弹药激光引信目标回波能量低、探测距离有限这一问题,研究非球面光学设计理论,提出一种基于等光程原理的单级非球面光学整形方法。建立激光接收系统ZEMAX光学理论模型,对比分析不同条件下光学整形能力,仿真结果显示相对于传统单级球面光学接收透镜,单级非球面光学接收透镜能将整形光斑中心辐照亮度提高三倍。在理论分析基础上进行光束整形对比实验,测试不同条件下整形光斑尺寸以及分布情况,实验结果显示单级非球面光学接收透镜能有效压缩光斑,汇聚激光回波能量。     

一种半导体激光束聚焦和整形的光学装置

提出一种用全对称光学系统校正半导体激光固有像散，并用双胶合棱镜实现光束整形的新办法。该方法具有制造和装配简便等特点。给出了一种实用的设计方案和获得了高质量的聚焦、整形光束。文中还讨论了准直镜与双胶合棱镜的设计方法。     

DESIGN AND PERFORMANCE OF SHAPING DEFLECTORS FOR VARIABLY SHAPED ELECTRON BEAM LITHOGRAPHY

In order to obtain uniform exposure in variably shaped electron beam lithography,the beam current density and edge resolution on the target must not change for different spotshapes and sizes.The key to the goal is the appropriate design of shaping deflectors.A linearand rotation compensation approach is presented.Values of linear and rotation compensationfactors versus the distances between electron source image and centers of deflectors are measuredon an experimental electron beam column with variable spot shaping.The experimental resultsare in good agreement with the calculated ones.