本文關(guān)鍵詞：亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)大角度分束DOE設(shè)計(jì)

  更多相關(guān)文章： 激光分束器 大角度 亞波長(zhǎng) 多臺(tái)階DOE 衍射

【摘要】：激光分束器是一種典型的衍射光學(xué)元件,它通過衍射的作用將一束入射激光分成光強(qiáng)均勻分布的多束激光出射,在諸多光學(xué)領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用。特殊情況下,激光分束DOE不僅要滿足高衍射效率、高均勻性的要求,還要能夠?qū)崿F(xiàn)大角度分束。根據(jù)衍射光學(xué)的理論,要增大衍射角度,就必須減小分束DOE的周期。然而DOE周期的下降會(huì)帶來一系列的問題:首先是標(biāo)量衍射理論的近似精度會(huì)下降,為了保證設(shè)計(jì)結(jié)果的準(zhǔn)確性,必須借助于矢量的設(shè)計(jì)方法;其次是DOE的加工難度會(huì)增大,受到加工誤差的影響,DOE的實(shí)際分束性能并不理想。一維激光分束DOE主要結(jié)構(gòu)形式有連續(xù)型、二值型和多臺(tái)階型。其中連續(xù)相位型DOE和二值相位型DOE都有大角度激光分束方面的研究,但這兩種形式的大角度分束DOE都有各自的缺點(diǎn)。例如連續(xù)相位型DOE結(jié)構(gòu)復(fù)雜,矢量設(shè)計(jì)以及加工都非常困難;二值相位型DOE實(shí)際分束性能受誤差影響很大,這些都限制了它們的實(shí)際應(yīng)用。多臺(tái)階相位型DOE具備二者的優(yōu)點(diǎn),同時(shí)克服了二者的缺點(diǎn),是實(shí)現(xiàn)大角度激光分束的更好選擇。因此本文提出利用亞波長(zhǎng)多臺(tái)階結(jié)構(gòu)DOE來實(shí)現(xiàn)大角度激光分束。多臺(tái)階DOE是一種周期性的二元光學(xué)元件,每個(gè)周期由多個(gè)相位單元組成,這些相位單元形成了臺(tái)階狀分布。通過這些單元對(duì)入射光進(jìn)行相位調(diào)制,就可以實(shí)現(xiàn)激光整形或者分束。論文詳細(xì)分析了多臺(tái)階分束DOE的工作機(jī)制,介紹了它的設(shè)計(jì)方法、標(biāo)量衍射理論、矢量的嚴(yán)格耦合波理論以及相關(guān)算法。提出了利用標(biāo)量衍射理論和GS算法設(shè)計(jì)一個(gè)歸一化多臺(tái)階結(jié)構(gòu)作為初始值,在此基礎(chǔ)上利用嚴(yán)格的耦合波理論和遺傳算法進(jìn)行矢量?jī)?yōu)化,設(shè)計(jì)亞波長(zhǎng)多臺(tái)階結(jié)構(gòu)分束DOE的方法。論文給出了1×8、1×9、1×16分束的亞波長(zhǎng)多臺(tái)階DOE設(shè)計(jì)實(shí)例,衍射效率達(dá)到90%左右,分束非均勻性低于5%,最邊緣兩個(gè)級(jí)次之間的衍射夾角接近30°。針對(duì)這些亞波長(zhǎng)多臺(tái)階分束DOE,提出了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)加工方案。最后還對(duì)其誤差和工作帶寬進(jìn)行了分析,并討論了標(biāo)量衍射理論設(shè)計(jì)多臺(tái)階分束DOE的適用性。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院(光電技術(shù)研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TH74

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本文編號(hào)：1186462