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利用汉克尔变换设计高斯光束整形衍射元件的应用研究

刘华

刘华. 利用汉克尔变换设计高斯光束整形衍射元件的应用研究[J]. 中国光学, 2016, 9(2): 277-283. doi: 10.3788/CO.20160902.0277
引用本文: 刘华. 利用汉克尔变换设计高斯光束整形衍射元件的应用研究[J]. 中国光学, 2016, 9(2): 277-283. doi: 10.3788/CO.20160902.0277
LIU Hua. Gaussian beam shaping diffractive optical element designed by Hankel transformation[J]. Chinese Optics, 2016, 9(2): 277-283. doi: 10.3788/CO.20160902.0277
Citation: LIU Hua. Gaussian beam shaping diffractive optical element designed by Hankel transformation[J]. Chinese Optics, 2016, 9(2): 277-283. doi: 10.3788/CO.20160902.0277

利用汉克尔变换设计高斯光束整形衍射元件的应用研究

doi: 10.3788/CO.20160902.0277
详细信息
    通讯作者:

    刘华(1976-),女,辽宁抚顺人,博士,副研究员,2001年于东北师范大学获得学士学位,2006年于中国科学院长春光学精密机械与物理研究所获得博士学位,主要从事光学检测、光学设计、衍射光学、非成像光学方面的研究。E-mail:girlliuhua@sohu.com

  • 国家自然科学基金重点资助项目(No.61137001)
  • Supported by Major Project of National Natural Science Foundation of China(No. 61137001)
  • 中图分类号: O436

Gaussian beam shaping diffractive optical element designed by Hankel transformation

  • 摘要: 衍射光学元件由于可以实现对高斯光束的整形而被重视,其通常的设计方法为G-S算法,由于使用傅里叶变换运算量大、费时长,将快速汉克尔变换应用到这些算法中可以极大地提高运算速度,节省运算时间,为设计复杂的光束整形元件提供了高效、可行的方法。本文利用该种方法设计针对中心波长为775 nm、光束束腰口径为6 cm的激光器,成功设计了一个具有二阶相位的折衍混合光学元件。仅单独这一片元件,既可在距离其35 m处得到一半径为200 μm的圆形平顶光斑,均方根误差D<0.021。当抽样值取215时,在普通PC机上运行时间仅为20.05 s,大大节省了优化设计时间(整个优化设计过程往往需要几十次甚是上百次这种运算)。同时利用离子刻蚀技术加工了该折衍混合元件,并进行了实际测试,结果与设计值基本相符,整形效果较好。这种单片的整形元件不仅整形效果好,还有利于与激光器的集成,简化系统的调节。
    1)  国家自然科学基金重点资助项目(No.61137001)
    1)  Supported by Major Project of National Natural Science Foundation of China(No. 61137001)
  • 图  1  光束整形的原理图

    Figure  1.  Schematic diagram of beam shaping

    图  2  衍射元件2阶位相分布图

    Figure  2.  Binary phase of the diffractive optical element

    图  3  接收面上能量分布的设计结果

    Figure  3.  Designed energy distribution on the detector plane

    图  4  掩膜版结构图与折衍混合元件实物

    Figure  4.  Configure of diffractive templet,binary refractive and diffractive optical element

    图  5  测试光路图

    Figure  5.  Test optical system

    图  6  测试实物图

    Figure  6.  Configure of test system

    图  7  高斯光束的能量分布图

    Figure  7.  Energy distribution of Gaussian beam

    图  8  整形后能量分布图 (3维立体)

    Figure  8.  Energy distribution after beam shaping(3D)

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出版历程
  • 收稿日期:  2015-12-15
  • 录用日期:  2016-01-11
  • 刊出日期:  2016-01-25

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