IOE OpenIR  > 光电技术研究所博硕士论文
亚波长结构大角度分束DOE设计
陈琪
Subtype硕士
Thesis Advisor周崇喜、邱传凯
2016-05
Degree Grantor中国科学院研究生院
Place of Conferral北京
Keyword激光分束器 大角度 亚波长 多台阶doe 衍射
Abstract
激光分束器是一种典型的衍射光学元件,它通过衍射的作用将一束入射激光
分成光强均匀分布的多束激光出射,在诸多光学领域有着重要的应用。特殊情况
下,激光分束DOE 不仅要满足高衍射效率、高均匀性的要求,还要能够实现大角
度分束。根据衍射光学的理论,要增大衍射角度,就必须减小分束DOE 的周期。
然而DOE 周期的下降会带来一系列的问题:首先是标量衍射理论的近似精度会下
降,为了保证设计结果的准确性,必须借助于矢量的设计方法;其次是DOE 的加
工难度会增大,受到加工误差的影响,DOE 的实际分束性能并不理想。
一维激光分束DOE 主要结构形式有连续型、二值型和多台阶型。其中连续相
位型DOE 和二值相位型DOE 都有大角度激光分束方面的研究,但这两种形式的
大角度分束DOE 都有各自的缺点。例如连续相位型DOE 结构复杂,矢量设计以
及加工都非常困难;二值相位型DOE 实际分束性能受误差影响很大,这些都限制
了它们的实际应用。多台阶相位型DOE 具备二者的优点,同时克服了二者的缺点,
是实现大角度激光分束的更好选择。因此本文提出利用亚波长多台阶结构DOE 来
实现大角度激光分束。
多台阶DOE 是一种周期性的二元光学元件,每个周期由多个相位单元组成,
这些相位单元形成了台阶状分布。通过这些单元对入射光进行相位调制,就可以
实现激光整形或者分束。论文详细分析了多台阶分束DOE 的工作机制,介绍了它
的设计方法、标量衍射理论、矢量的严格耦合波理论以及相关算法。提出了利用
标量衍射理论和GS 算法设计一个归一化多台阶结构作为初始值,在此基础上利用
严格的耦合波理论和遗传算法进行矢量优化,设计亚波长多台阶结构分束DOE 的
方法。论文给出了1×8、1×9、1×16 分束的亚波长多台阶DOE 设计实例,衍射效
率达到90%左右,分束非均匀性低于5%,最边缘两个级次之间的衍射夹角接近
30°。针对这些亚波长多台阶分束DOE,提出了相应的实验加工方案。最后还对其
误差和工作带宽进行了分析,并讨论了标量衍射理论设计多台阶分束DOE 的适用
性。
Subject Area光学工程
Language中文
Document Type学位论文
Identifierhttp://ir.ioe.ac.cn/handle/181551/8016
Collection光电技术研究所博硕士论文
Affiliation中国科学院光电技术研究所
Recommended Citation
GB/T 7714
陈琪. 亚波长结构大角度分束DOE设计[D]. 北京. 中国科学院研究生院,2016.
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