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《大连理工大学》 2009年
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用于激光光束整形的衍射光学元件设计

林勇  
【摘要】:近年来,激光技术已经广泛应用到工业、农业、医药卫生、国防和科学研究等国民经济各个领域,目前已经很难找到不应用激光技术的领域和部门了。然而激光光束的某些特性使得它的进一步广泛应用受到了限制。例如:激光束的光强呈高斯分布而不是均匀分布,它的传播路径是双曲线而不是直线,这些特性在某种程度上限制了它的应用。为了扩展激光的应用领域,提高激光技术的应用水平,就需要对激光束进行整形,以适应不同场合的要求。 衍射光学元件具有体积小、重量轻、易复制、造价低、衍射效率高、设计自由度多、材料可选性宽、色散性能独特等优点,并能实现传统光学器件难以完成的微小、阵列、集成及任意波面变换等新功能,在激光光束整形方面有着广泛的应用前景。 本文详细论述了用于激光光束整形的衍射光学元件设计基础理论和优化算法,并围绕三种设计模型,即标量模型、矢量模型和光线模型对衍射光学元件的优化设计展开深入研究,重点开展了基于标量模型的优化算法改进,基于矢量模型的亚波长衍射光学元件优化设计以及基于光线模型,借助ZEMAX软件设计模拟圆锥镜光学特性的透镜圆锥镜和实现长焦深、小焦斑的衍射光学元件等研究工作。具体内容包括: 1.基于标量设计模型,提出了GSGA混合算法、平滑修正法和模糊控制迭代算法设计用于光束整形的衍射光学元件,计算机设计结果表明了这些算法的有效性。特别是模糊控制迭代算法,它将模糊控制理论应用到衍射光学元件的设计中,通过模糊决策智能地选择优化路径,从而基本克服了算法易陷入局部最优的问题。 2.对具有非周期结构的亚波长衍射光学元件设计展开研究。基于Mansuripur的矢量衍射模型,提出矢量模糊控制迭代算法设计用于光束整形的亚波长衍射光学元件。通过对设计结果的分析、比较、讨论以及借助时域有限差分法的进一步分析,验证了方法的有效性。而且,针对Mansuripur矢量衍射模型中某些假设条件过于主观,提出了改进方案。重新推导衍射公式,建立改进的矢量模型,并基于改进模型设计了亚波长衍射元件。 3.在光线理论模型的基础上,采用ZEMAX软件对模拟圆锥镜光学特性的透镜圆锥镜和实现长焦深、小焦斑的衍射光学元件设计展开研究。通过合理设计目标函数,编写所需的外部扩展程序,并借助软件自身的优化能力完成了元件的设计任务,在设计过程中,为了平衡轴上光强分布均匀和主光斑大小不变这两个不兼容的条件,提出了加权的方法设计目标函数,取得了别人满意的设计结果。
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TN243

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前2条
1 刘勇;邢廷文;杨雄;;大数值孔径下的偏振成像分析[J];光电工程;2011年12期
2 夏国才;孙小燕;段吉安;;用于实现激光高效率加工的光束整形技术[J];激光与光电子学进展;2012年10期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 杨亮亮;多层衍射光学元件衍射效率的研究[D];长春理工大学;2013年
2 聂永名;飞秒激光脉冲时域空域整形及时空耦合特性研究[D];国防科学技术大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前6条
1 庞辉;用于激光束整形的衍射光学元件的设计[D];浙江师范大学;2011年
2 郑婷;基于SLM的CGH非球面检测技术研究[D];西安工业大学;2012年
3 周玉法;激光投影显示光机的实验研究[D];山东大学;2012年
4 马向宁;使用液晶空间光调制器实现激光束整形[D];大连理工大学;2013年
5 李宣娇;卫星光通信中基于二元光学元件的信标光接收技术研究[D];哈尔滨工业大学;2013年
6 李超;双层激光检测圆柱内孔圆度和母线直线度的研究[D];长春理工大学;2013年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 方亮;叶玉堂;吴云峰;陆佳佳;杨先明;成志强;;基于免疫遗传算法的二元光学元件的位相设计[J];光电工程;2006年09期
2 鲁建业,李琦,董蕴华,高惠德,马祖光;采用混合遗传-模拟退火算法对 DOE 的直接设计[J];光电子·激光;2001年04期
3 鲁建业,董蕴华,高惠德,马祖光;利用二元光学技术进行激光光束耦合叠加的新方法[J];光电子·激光;2001年05期
4 张静娟,张艳,吕俊峰,梁文锡,司徒国海;用加权串行迭代算法设计衍射光学元件[J];光电子·激光;2002年12期
5 张星;;光束整形技术展现出应用于激光加工业的潜力[J];光机电信息;2008年01期
6 刘伯晗;张健;吴丽莹;;液晶空间光调制器的纯相位调制特性研究[J];光学精密工程;2006年02期
7 吴冬良;戴一帆;王贵林;陈善勇;;光学面形误差对环围能量比的影响[J];光学精密工程;2007年09期
8 吴逢铁;郭东栋;陈云彬;邱振兴;;基于轴棱锥用主被动方式产生短脉冲高功率近似无衍射光[J];光学精密工程;2007年11期
9 樊仲维;光学系统中的二元光学元件[J];光学精密工程;1995年02期
10 韩晓俊,李正佳,朱长虹;半导体激光器在医学上的应用[J];光学技术;1998年02期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 刘玉玲;亚波长衍射微透镜的严格矢量分析[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2004年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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2 俞本立,毛红敏;光学超短脉冲整形的研究进展[J];安徽大学学报(自然科学版);2005年02期
3 孙小军;焦建民;何俊红;;解优化问题的遗传加速信赖域搜索算法[J];安徽大学学报(自然科学版);2008年03期
4 张家昕;段复建;;一种结合NCP函数的SQP滤子新算法[J];安徽大学学报(自然科学版);2010年05期
5 高洪;孟舒;查为民;李玲纯;张海涛;;6-3-3并联机构物理样机结构优化[J];安徽工程大学学报;2011年03期
6 徐满平,周杰;MATLAB在二元光学元件设计中的应用[J];安徽师范大学学报(自然科学版);2005年01期
7 李兵方;胡水玲;;浅析多元凸函数的分析学性质[J];安康学院学报;2011年03期
8 燕峰,李世国;汽车座椅的设计与优化[J];鞍山科技大学学报;2004年05期
9 李江海,孙秦;结构型吸波材料隐身特性的优化设计算法研究[J];兵器材料科学与工程;2004年02期
10 颜树华,戴一帆,吕海宝,李圣怡;二元光学器件激光直写技术的研究进展[J];半导体光电;2002年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 李劲松;高晓明;刘锟;方黎;张为俊;;基于可调谐近红外二极管激光波长调制光声光谱[A];光子科技创新与产业化——长三角光子科技创新论坛暨2006年安徽博士科技论坛论文集[C];2006年
2 刘钰;韩峰;董楠;陆希成;雷鸣;;爆炸容器安全概率的统计分析方法[A];全国危险物质与安全应急技术研讨会论文集(下)[C];2011年
3 李明伟;周雷;杨光伟;;精密光电尺寸几何量测量装置的研究和设计[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
4 姚智颖;刘冬;;基于Kazakov线性化的迭代滤波[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
5 邓履璧;;量子物理光学[A];第十五届全国量子光学学术报告会报告摘要集[C];2012年
6 温圣林;侯晶;杨春林;颜浩;石琦凯;周礼书;;用于背光照明的大口径连续相位板设计和制作[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
7 陈君;赵星;方志良;;基于纯相位空间光调制器的复振幅调制研究[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
8 朱艳英;沈军峰;窦红星;魏勇;徐雪楠;;用计算全息法获取高阶类贝塞尔空心光束[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
9 梁旭;徐敏;王军华;李锦江;李旭峰;;折-衍光学镜片的单点金刚石车削与检测[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
10 姚海祥;;基于非参数估计方法和CARA效用函数的投资组合选择[A];第十三届中国管理科学学术年会论文集[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 谭佳琳;粒子群优化算法研究及其在海底地形辅助导航中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 陈得宇;基于MAS的智能电压控制系统研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 刘冬雁;川西高原甘孜黄土记录的早更新世晚期以来的古气候变化[D];中国海洋大学;2009年
4 王敏;分布式电源的概率建模及其对电力系统的影响[D];合肥工业大学;2010年
5 李方义;区间非概率多目标优化设计方法及其在车身设计中的应用[D];湖南大学;2010年
6 陈宇;电容层析成像反问题求解及图像重建算法研究[D];哈尔滨理工大学;2010年
7 饶丰;基于个性化眼模型的人工晶体设计及其特性研究[D];南开大学;2010年
8 张梅;基于个性化眼光学结构的人眼色差的研究[D];南开大学;2010年
9 渠瑜;基于SVM的高不平衡分类技术研究及其在电信业的应用[D];浙江大学;2010年
10 方东辉;最优化问题的Fenchel对偶和Lagrange对偶之研究[D];浙江大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张小亮;非线性规划的信赖域算法[D];河南理工大学;2010年
2 何帅;动态渐变灰阶数字掩模技术制作微透镜的研究[D];南昌航空大学;2010年
3 饶玉芳;无掩模光刻系统的研究与设计[D];南昌航空大学;2010年
4 黄长辉;金属材料断口三维形貌检测与表征分析[D];南昌航空大学;2010年
5 徐芳芳;优化问题的PVD算法研究[D];山东科技大学;2010年
6 朱耿峰;支持向量机在冲击地压预测模型中的应用研究[D];山东科技大学;2010年
7 韩晓峰;高斯混合模型及在探测网络社区结构中的应用[D];山东科技大学;2010年
8 易明;地震作用下渡槽结构的动力可靠度分析[D];郑州大学;2010年
9 乔小琴;基于灰理论的土石坝安全监控综合评价模型研究[D];郑州大学;2010年
10 仝伟;一类熵型的内邻近点算法及其应用[D];郑州大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 俞本立,毛红敏;光学超短脉冲整形的研究进展[J];安徽大学学报(自然科学版);2005年02期
2 王锐;蒋凉;高峰;何晓雄;;激光技术在无损检测领域中的应用[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2008年05期
3 罗风光,曹明翠,李洪谱;大点阵数二维Dammann光栅的制作与研究[J];半导体光电;1994年01期
4 朱旭,申云琴;LCOS显示芯片设计[J];半导体技术;2002年11期
5 王旭辉,朱森元,唐成辉,段武堂;炮管毛坯超声图形无损检测系统[J];兵工自动化;1997年01期
6 季立江,廖俊必,史伟;基于图像处理的炮管轴线直线度检测方法[J];兵工自动化;2002年06期
7 吕勇,郑臻荣;方棒照明系统的光学扩展量传递分析[J];北京航空航天大学学报;2004年06期
8 齐月静;王平;康果果;谢敬辉;刘祎;杨辉;赵罘;;圆形计算全息图的设计及其参数计算[J];北京理工大学学报;2006年09期
9 周磊;刘鹏;于晓惠;;基于DSP的空间光通信的精跟踪数字伺服系统的设计[J];长春理工大学学报(自然科学版);2007年04期
10 赵晖;液晶硅(LCOS)技术研究与应用[J];传感器世界;2005年04期
中国博士学位论文全文数据库 前7条
1 李珂;用于光束整形与超分辨成像的衍射光学元件的设计和实验[D];中国科学技术大学;2011年
2 张增宝;投影显示系统光学引擎研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2004年
3 周杰;反射式投影显示光学系统的理论分析和应用研究[D];浙江大学;2005年
4 张晓洁;基于LCD空间光调制器全息显示的若干问题研究[D];浙江大学;2007年
5 席庆奎;实时计算全息技术与误差理论分析研究[D];南京理工大学;2007年
6 任淑艳;基于锥光全息原理的三维测量技术研究[D];哈尔滨工业大学;2008年
7 俞建杰;卫星光通信光学系统优化设计及性能评测方法研究[D];哈尔滨工业大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 黄艳;激光微投影仪中抑制散斑的研究[D];福建师范大学;2010年
2 白雪莲;液晶电视用于计算全息非球面测试技术的研究[D];南京理工大学;2004年
3 宋萍;超高亮度LED在LCoS微显示器中的应用[D];华中科技大学;2006年
4 王启明;液晶空间光调制器相位调制特性研究及其应用[D];浙江大学;2008年
5 尹霞;计算全息视角扩展和编码效率研究[D];山东师范大学;2008年
6 庞永杰;计算全息法检测凹非球面研究[D];昆明理工大学;2008年
7 刘凯;激光电视的扫描显示技术的研究[D];天津大学;2007年
8 张春凤;飞秒脉冲整形系统的建立及其应用于对烧蚀过程的控制[D];吉林大学;2009年
9 刘亮;基于离轴型CGH的非球面检测技术研究[D];南京理工大学;2009年
10 吴立丰;自适应电控液晶微透镜及透镜阵列[D];华中科技大学;2008年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 戴晔;邱建荣;;单光束飞秒激光诱导石英玻璃内部纳米光栅的研究进展[J];激光与光电子学进展;2013年12期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 王春艳;激光测量中光条关键技术研究[D];吉林大学;2014年
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1 曹洪剑;基于激光电视的宽色域显示设备色域扩展映射研究[D];山东大学;2013年
2 陈安;曝光光学系统性能对光刻性能影响的研究[D];中国科学院研究生院(光电技术研究所);2013年
3 黄金苹;偏振照明系统中偏振实现及检测方法研究[D];中国科学院研究生院(光电技术研究所);2014年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 刘靖,张国平,黄重庆;渐变折射率光波导模场分布的矢量FD-TD法分析[J];光电工程;2002年03期
2 方亮;叶玉堂;吴云峰;陆佳佳;杨先明;成志强;;基于免疫遗传算法的二元光学元件的位相设计[J];光电工程;2006年09期
3 刘强;张晓波;邬融;田杨超;李永平;;离子束刻蚀工艺误差对DOE器件的影响[J];光电工程;2007年11期
4 王涌天,何定,张思炯;GOLD——新一代复杂光学系统分析优化软件包[J];光电工程;1997年03期
5 金国藩,谭峭峰;二元光学[J];光电子技术与信息;2001年05期
6 尹霄丽,余重秀;用改进的模拟退火算法设计二元光学阵列器件[J];光电子·激光;2001年02期
7 鲁建业,李琦,董蕴华,高惠德,马祖光;采用混合遗传-模拟退火算法对 DOE 的直接设计[J];光电子·激光;2001年04期
8 张静娟,张艳,吕俊峰,梁文锡,司徒国海;用加权串行迭代算法设计衍射光学元件[J];光电子·激光;2002年12期
9 邬敏贤,严瑛白,金国藩,陈岩松,高世平;二元光学理论与基础技术研究[J];光电子·激光;1997年05期
10 高惠德,李琦,董蕴华,王骐;高斯光束转换成厚环形光束的二元光学元件的研究[J];光电子·激光;1998年03期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 吴云峰;单片OEICs的激光微细加工技术研究[D];电子科技大学;2004年
2 颜树华;二元光学器件设计理论及并行制作技术研究[D];国防科学技术大学;2004年
【相似文献】
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1 高峰,刘建莉,高福华,刘世杰,郭永康;利用边缘相位校正实现光束整形的高精度优化[J];光学学报;2004年08期
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3 常杨燕,阮玉,陈海清;加固型光盘光学头光束整形系统的优化设计[J];量子电子学报;1991年01期
4 薄报学,高鼎三,宋晓伟,王玲,曲轶;大功率半导体激光光束整形技术及其在泵浦方面的应用[J];功能材料与器件学报;2000年03期
5 谢敬辉,刘锡宇;基于DPDV算法的二元光学元件设计[J];光学技术;2000年03期
6 高全华,曾晓东,安毓英;大功率半导体激光器光束整形[J];光电子.激光;2005年06期
7 张健;耦合半导体激光进入光纤[J];激光技术;1996年03期
8 赵为党,杨李茗,虞淑环,杨国光;激光光束整形的设计和研究[J];红外与激光工程;1999年01期
9 刘银辉,周崇喜,杜春雷,谢伟民,邓启凌;LDA光纤耦合高效率高亮度激光输出研究[J];光电工程;2004年04期
10 李建龙;吕百达;;基于自适应遗传算法部分相干光整形位相板的优化设计[J];物理学报;2008年05期
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1 张巍;张晓波;舒方杰;邬融;李永平;;用于光束整形的衍射光学元件的设计和制作[A];光子科技创新与产业化——长三角光子科技创新论坛暨2006年安徽博士科技论坛论文集[C];2006年
2 余湛;马浩统;杜少军;;基于GS算法的近场光束整形研究[A];第九届全国光电技术学术交流会论文集(上册)[C];2010年
3 张岩;董碧珍;顾本源;杨国桢;;分数傅里叶变换域中的光束整形[A];第三届全国光学前沿问题讨论会论文摘要集[C];1997年
4 勾志勇;王江;龚赤坤;何衡湘;王磊;姜勇;;大功率激光二极管阵列光束整形技术[A];2006年全国光电技术学术交流会会议文集(C 激光技术与应用专题)[C];2006年
5 张建萍;张新;;泵浦用二极管激光器的光束整形[A];2004全国光学与光电子学学术研讨会、2005全国光学与光电子学学术研讨会、广西光学学会成立20周年年会论文集[C];2005年
6 张建萍;张新;丛小杰;;用微阶梯镜法整形激光二极管阵列发射光束的光学模拟[A];2004全国光学与光电子学学术研讨会、2005全国光学与光电子学学术研讨会、广西光学学会成立20周年年会论文集[C];2005年
7 杜春雷;邓启凌;董小春;周崇喜;;高功率半导体激光器微光学光束整形技术[A];2008年激光探测、制导与对抗技术研讨会论文集[C];2008年
8 袁小聪;牛憨笨;彭翔;;微光学在新一代光镊中的应用[A];全国第十二次光纤通信暨第十三届集成光学学术会议论文集[C];2005年
9 邹杰宇;卢亚雄;黄子强;王俐;蔡宁;;基于改进GS算法的衍射光学光束整形元件的设计[A];2006年全国光电技术学术交流会会议文集(B 光学系统设计与制造技术专题)[C];2006年
10 高欣;薄报学;曲轶;李辉;张晶;;808nm波长阵列半导体激光器单光纤耦合输出[A];第十七届全国激光学术会议论文集[C];2005年
中国重要报纸全文数据库 前1条
1 记者 刘传书;珠海晟源同泰百瓦LED路灯照亮300平米路面[N];科技日报;2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 彭航宇;大功率半导体激光光束整形及合束研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2011年
2 林勇;用于激光光束整形的衍射光学元件设计[D];大连理工大学;2009年
3 李珂;用于光束整形与超分辨成像的衍射光学元件的设计和实验[D];中国科学技术大学;2011年
4 张帆;大功率光纤激光器的关键单元技术研究[D];北京交通大学;2008年
5 龚小竞;飞秒激光加工微光学器件若干关键问题研究[D];中国科学技术大学;2007年
6 喻霞;微光束整形元器件设计及光传输特性的量子结构调控[D];湖南大学;2012年
7 刘静伦;系列轴对称结构CO_2激光器输出光束分析及整形[D];四川大学;2007年
8 张晓波;空间光孤子传输特性研究和用于神光装置的束匀滑器件的应用特性分析及测试[D];中国科学技术大学;2007年
9 邬融;衍射光学元件的高效计算与设计方法[D];中国科学技术大学;2008年
10 王春灿;大功率光纤激光源中热效应和受激布里渊散射的抑制与半导体激光器线阵的光束整形[D];北京交通大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 余湛;基于液晶空间光调制器光束整形的理论算法和实验研究[D];国防科学技术大学;2010年
2 上官王聘;大功率半导体激光器阵列光束整形系统研究[D];浙江大学;2011年
3 蒋鹏志;光束整形和相位校正相关问题研究[D];国防科学技术大学;2011年
4 徐兵;光束整形元件的位相编码及制作工艺研究[D];苏州大学;2004年
5 高全华;大功率半导体激光器光束整形技术研究[D];西安电子科技大学;2005年
6 吴学锋;基于高功率光纤激光器的光束整形镜研究[D];华中科技大学;2011年
7 王智超;脉冲半导体激光器光束整形与激励电源的研究[D];长春理工大学;2009年
8 韩志鹏;半导体激光器光束质量评价方法与光束整形技术的研究[D];吉林大学;2008年
9 许孝芳;大功率半导体激光器列阵与光纤耦合的研究[D];吉林大学;2006年
10 师晓科;半导体激光束整形发射系统的研究[D];长春理工大学;2007年
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