激光光束整形器件的研究.pdf

激光光束整形器件的研究 董梅峰李慎 电子科技大学物理电子学院光学教研室，I珏1111，成都，610054 摘要本文以几何理论为基础来设计用于激光光束整形的衍射光学元件(DOE)，推导出‘r衍射光学元件表明上 的相位表达式；并以高斯光束整形为例，把其整形为了所需要的光强分布；进而进行了计算机模拟，得到了令人 满意的结果。 关键词衍射光学元件，几何理论，波面整形，衍射效率，均方差 1．引 言 目前激光被，’‘泛的应用于许多领域，而在某些领域，对激光波面的形状有特殊的要求，例如在激 光雷达、全息照相、信息处理、激光加工及热处理、光学材料制作等领域，需要矩形或圆形的光束， 由于单模激光光束的横截面上光强呈高斯分布，所以激光要在以上领域中得到应川，首先必须将高斯 光束进行整形。 用于高斯光束整形的算法有多种，其理论基础可以分为三类，即：几何理论、标量理论、矢量理 法14J、输入一输出算法等。本文以几何理论郾】为基础来设计的把高斯光束整形为均匀分布的矩形分布 的衍射光学元件(DOE)，获得了衍射效率大于96％、均方差为10-7数量级的满意的结果。 2．DOE设计的理论描述 DOE表面的相位设计过程是一个逆过程，即己知输入光强分布(也就是DOE前表面上的光强 分布)和输出光强分布，来求DOE的相位分布。图1所示是把高斯光束整形为均匀分布的矩形分布 的光路图。S是入射高斯光束的光腰所在处，它距DOE所在处Pl的距离为L，Pl距输出平面p2的距 离为fo L J k 由光线方程【71可得： y V fa驴O，y) U—z ／ ／ ／ 。一 ／ 缸 ／ 一：么……一．．．．一…一一… 厂 l √@一x)2+p—y)2+厂2 ／ ／ ／ 7Z ／ S ／ 吖 ≯ L I a妒O，Y) “一Y ， 砂 √@一x)2+◇一y)2+厂2 ／ ／ ／ J Z l 拦 ／ V厶 ／ (1) ’ ／_ ／ ∥ P2 式中f0，y)是DOE表面的相位，X、Y是DOEx l 孓 。 ／u 表面的坐标，U、p是p2平面上对应z、Y的坐 图1高斯光束整形的几何幽 标，U、v是j【、Y的函数，其函数关系可由下 ofGaussianbeam Fi2．1Geometry shaoin卫 面的能量守恒方程【6l得到。 郎il÷心，y)dxdy一髭￡紫氨 ( s s (klz。、IYIY。、l=con眠to(x，y)是DOE后表面上的光强分布) 这样可以用我们自己设计的算法由方程(2)求出X与比@)、J，与l，◇)的关系，然后把它们代入方程(1)， 从而得到DOE表面的相位分布f