1 浙江工业大学 理学院，浙江杭州30023
2 杭州谱育科技发展有限公司，浙江杭州31111
为了有效抑制激光散斑，真正实现激光显示和成像系统的大色域、高亮度和超优画质，提出了基于履带式运动柔性衍射光学器件（Diffractive Optical Elements， DOE）的散斑抑制方法，对柔性衍射光学器件的设计、制造、耐久性和散斑抑制效果进行了研究。首先设计了柔性衍射光学器件的光学结构，并描述了履带式运动柔性衍射光学器件形成动态二维衍射编码的机理；接下来介绍了柔性衍射光学器件的模板制备、热压成型、连接成环的工艺方法；之后搭建激光投影显示系统对所研制的聚氯乙烯（Polyvinyl Chloride， PVC）和聚丙烯（Polypropylene， PP）两种材料的柔性衍射光学器件的散斑对比度和耐久性进行实验研究。实验结果表明，提出的基于履带式运动柔性衍射光学器件的激光散斑抑制方法，可将红绿蓝三色激光的散斑对比度降低到5%以下，同时系统具有小型化、低功耗的优点。在长达三十天的耐久性实验中，聚氯乙烯和聚丙烯两种材料的柔性衍射光学器件都没有明显形变和散斑抑制效果的衰减，且PP材料柔性DOE比PVC材料柔性DOE散斑抑制效果更明显、耐久性也更好。满足大色域、高亮度、超优画质的要求，并具有小型化、低功耗、高可靠的优点。
激光散斑抑制 衍射光学器件 耐久性 散斑对比度 聚丙烯 laser speckle suppression Diffractive Optical Elements （DOE） durability speckle contrast Polypropylene （PP）
1 光电控制技术重点实验室, 河南 洛阳 471009
2 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所, 河南 洛阳 471009
3 山东大学晶体材料研究所, 济南 250100
4 山东华特知新材料有限公司, 济南250101
高能量侧面激光器可用于激光美容、激光打标、远程探测等领域。通过侧面泵浦激光技术和电光调Q技术, 获得高重频窄脉宽1 064 nm波段激光, 利用衍射光学器件, 实现较均匀的激光输出。在电源输入电压700 V, 调Q驱动频率10 Hz的条件下,获得426 mJ的1 064 nm激光输出。实验结果表明: 通过侧面技术和衍射光学器件匀化技术, 可实现高能量较均匀光斑激光输出。
侧面泵浦 激光器 衍射光学器件 side-pumped laser diffractive optical element
1 中国科学技术大学 物理系,合肥 230026
2 中国科学院 量子信息重点实验室,合肥 230026
在工艺上衍射光学元件是通过相位板来实现的,由于其多台阶化产生的不连续性,会对目标光场产生sinc调制,产生高级次衍射斑,损失了15%或者更多能量。通过对设计衍射光学器件的传统的IO迭代算法进行了研究,提出了一种与衍折射相结合的设计方法,在衍射光学器件的部分区域形成一块连续相位区域,减少了相位片台阶化区域的光强和衍射斑的强度。通过逐步变化连续相位对输出光强情况的影响的研究,可以优化相位参数,使入射到输出面的光束保证一定匀滑性的前提下,提高目标光场区域的衍射效率达到90%以上,能够满足均匀照明的要求。
衍射 衍折射 IO算法 衍射光学器件 均匀照明 diffraction refractive-diffractive method input-output algorithms diffractive optical elements uniform illumination
国防科技大学 机电工程与自动化学院，湖南 长沙 410073
为提高纯相位衍射光学元件的设计效果，实现高衍射效率的三维光场衍射传播控制，在原有GS迭代算法的基础上提出了新的相位加权迭代优化设计算法。此算法的特点是，建立多衍射输出平面迭代加权算法模型，并通过反馈各个设计输出平面在迭代计算过程中的设计误差，引入一定的相位动态加权整调策略，以达到更加优化的设计效果。以此算法设计一个纯相位衍射光学元件，将输入的高斯光束在距离输入面300 mm～400 mm内的每个平面上变换为2×2等强度光束阵列。通过对比实验发现此方法在原有算法基础上能进一步改善算法的收敛效果，提高整体设计质量，实现更加优化的运算。
衍射光学器件 光场传播 GS算法 纯相位光学元件 三维空间 diffractive optical element (DOE) light propagation GS algorithm phase-only optical element three-dimensional space
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,长春,130033
2 中国科学院研究生院,北京,100039
设计了一套折衍混合凝视红外热成像光学系统.该系统工作波段为8～12μm,F数为1,全视场达12°,总长140 mm,两个透镜均采用锗材料.衍射器件制作在第二片透镜的凸面上,可以采用金刚石车削技术进行加工.该系统成像质量接近衍射限并且相对折射系统更好地校正了色差.
红外光学 凝视成像 衍射光学器件 Infrared optics Staring imaging Diffractive optical element
国防科技大学,机电工程与自动化学院,长沙,410073
基于杨-顾算法的基本原理,提出了改进的加权杨-顾算法.建立了加权杨-顾算法的数学模型,从理论上证明了加权杨-顾算法的收敛性,分析了加权系数a的取值范围.改进的加权杨-顾算法,可明显改善普通杨-顾算法对初始值选择的敏感性,避免搜索过程陷入局部极值点,并可优化衍射光学器件的设计结果.同时给出了具体的计算实例,说明了改进算法的有效性.
二元光学 加权杨-顾算法 衍射光学器件
清华大学精密仪器系精密测试技术与仪器国家重点实验室，北京 100084
基于空间频谱分析方法，建立了光谱色散匀滑技术(SSD：Smoothing by Spectral Dispersion)与衍射光学器件(DOE：Diffractive Optical Element)联用性能的简化分析模型，为SSD与DOE联用时，SSD参量的优化提供了理论依据．数值模拟了SSD各参量，包括脉冲时间、调制频率、位相调制系数、光栅线色散系数等对束匀滑性能的影响．模拟结果表明，SSD参量经过优化选取，且波前畸变随时间快速变化时，能获得良好的束匀滑性能．
衍射光学器件 束匀滑 光谱色散平滑 空间频谱 Diffractive optical element Beam smoothing Smoothing by spectral dispersion Spatial frequency spectrum
1 清华大学精密测试技术与仪器国家重点实验室,北京,100084
2 中国工程物理研究院,激光聚变中心,绵阳,621900
针对分数傅里叶变换衍射光学光束整形器件,比较了按离散点与按菲涅耳积分计算得到的变换矩阵间的差距,从中分析得出按离散点计算的变换矩阵引入的离散化误差与分数傅里叶变换系统参数的关系.模拟计算结果表明,该离散化误差不能忽略.为了在输出面上得到真实的光强分布,应采用菲涅耳积分计算其变换矩阵.鉴于该变换矩阵非幺正,本文利用YG算法进行了光束整形器件的设计.
分数傅里叶变换 YG算法 衍射光学器件 光束整形 Fractional Fourier transform YG algorithm Diffractive optical element Beam shaping
清华大学,精密测试技术与仪器国家重点实验室,北京,100084
模拟分析了光谱色散匀滑技术对衍射光学器件束匀滑性能的影响.光谱色散匀滑技术的使用提高了衍射光学器件的抗波前畸变能力,降低了对加工精度的高要求.光谱色散匀滑技术与衍射光学器件的联用有望满足惯性约束聚变对束匀滑性能的高要求.
光谱色散平滑 衍射光学器件 束匀滑 Smoothing by spectral dispersion Diffractive optical element Beam smoothing
清华大学精密测试技术与仪器国家重点实验室,北京,100084
采用精细化设计方法,进行了分数傅里叶变换衍射光学束匀滑器件的设计,利用爬山 模拟退火混合优化算法,获得了真实的束匀滑分布,不仅控制了算法采样点上的光强分布,还控制了其他非采样点上的光强分布。
光电子学 分数傅里叶变换 衍射光学器件 束匀滑 精细化设计
