（光学专业论文）衍射光学元件的设计及其在半导体激光器中的应用研究.pdf

摘要 衍射光学是九十年代光学研究的前沿领域之一，本文着重研究 了衍射光学元件的设计及其在半导体激光器中的应用，设计了若干 衍射相位元件，并完成了部分元件的制作和实验测试。主要研究工 作有： l 设计并制作了用于改善大功率半导体激光器发散角特性的两 个衍射光学元件，提出将元件与半导体激光器封装为一体， 然后通过调节外加的几何光学透镜，构成红外照明系统，在 2 0 米1 0 0 米范围内实现视场角连续可调、远场照明光斑椭 圆度小于15 的要求；并研究了系统对不同发散角参数的激 光器的适应性。通过光学测试，取得了与理论设计基本一致 的结果。 与传统衍射光学元件设计只能使特定的单个输出平面上的波 场分布满足预期的分布要求相区别，我们提出一种将体迭代 投影算法( b i w p ) 和模拟退火法( s a ) 相结合的混合算法( s a b i w p 算法) ，用于设计单个非传统的衍射光学元件来实现控 制波场在一定的三维区域内传播。这种混合算法具有对初始 值依赖小、抗局部极值能力强、收敛较快的特点。 采用s a b i w p 算法，成功地实现了将强度均匀的入射光波 变换成在z = 1 0 0 m m 1 4 5 m m 范围内不发散传播的圆环。与单 纯采用b i w p 算法的计算结果相比，国环旁瓣小、能量更集 中于圆环，衍射效率在7 0 以上。 采用s a b i w p 算法，成功地设计了焦距为8 0 m m ，焦深长 迭90 m m 的长焦深衍射相位元件，其焦深长度为传统透镜 的4 倍，在焦深范围内，中心光强分布均匀。 采用s a b i w p 算法，成功地设计了用于泵浦固体激光器的 大功率半导体激光器光束整形的衍射相位元件，将椭圆高斯 光在z = 5 0 m m 6 0 m m 范围内聚焦为半径01 m m 的光斑，设 行了 方面进行了有意义的应用研究，取得了较好的理论设计和实验结果。 关键词衍射光学元件，半导体激光器，波前变换，s a - b i w p 混合算法 a b s t r a c t d i 册a c t i v eo p t i c sh a sb e c o m eoneo ft h em o s ta c t i v ea r e a si no p t i c si nr e c e n t y e a r sd e s i g no fd i f f r a c t i v eo p t i c a le l e m e n t s ( d o e ) a n du s ea r es t u d i e si nt h i st h e s i s w ed e s i g d e dv a r i o u sd o e s f a b r i c a t i o na n de x p e r i m e n t a lv e r i f i c a t i o no fr e l e v a n t e l e m e n t sa r ea l s oc a 丌i e do u tt h em a i na c h i e v e m e n t so b t a i n e da r es u m m a r i z e da s f o l l o w s ： t w od o e si sd e s i g n e da n df a b r i c a t e df o ri m p r o v i n gt h ed i v e r g e n c ea n g l e s c h a r a c t e r i s t i c so fh i g hp o w e rl a g e rd i o d e i ti sp r e s e n t e dt h a tac o m p o s i t i v e o p t i c a ls y s t e mi sc o n s t i t u t e db yi n t e g r a t i n gt h ed o e w i t hal a s e rd i o d e ( l d ) t h r o u g ha d j u s t i n ga na d d i t i o n a lg e o m e t r i co p t i c a ll e n s t h ev i s u a ia n g l ec a n b et u n a b l ec o n t i n u o u s l ya n dt h ee l l i p t i c a ld e g r e ei st ob eu n d e rl5w ea l s o s t u d i e dt h ea d j u s t a b i l i t yo f 血es y s t e mt ol d sw i t hd i f f e r e n td i v e r g e n c e a n g l ep a r a m e t e r s t h er e s u l to f e x p e r i m e n ti si na g r e e m e n tw i t ht h et h e o r y d i r e n tf r o mt h ec o n v e n t i o n a ld o e w i t c hc a nm a k eu sg e tt h ei n t e n s i t y d i s t r i b u t i o na tac e lt a i no u t p u tp l a n e ，w ed e s i g nt h en e wd o et h a tc a nm a k e t h ei n t e n s k yd i s t r i b u t i o ni nt h et h r e e d i m e n s i o n a lf i e l d sw i t ha na l g o r i t h m m i x i n g b l o c k - i t e r a t i v e w e i g h e dp r o j e c t i o n sa l g o r i t h m ( b r w p ) w i t h s i m u l a t e da n n e a l i n ga l g o r i t h m ( s a ) t h ec o m p o s i t ea l g o r i t h m ( s a b r 、p ) d e p e n d s1 i t t l eo ni n i t i a lv a l u e sa n dh a sg o o dc o n v e r g e n tc h a r a c t e r i s t i c s b a s e do ns a - b i w pa l g o r i t h m w ed e s i g n e dad o ea i m e da tf o c u s i n gt h e l i g h to n t oac y l i n d e rs u r f a c ei nt h er a n g ef r o mz = 1 0 0 m mt oz = 1 4 5 m m d i f f e r e n tf r o mt h er e s u l tw h i c hb a s e do nb i w pa l g o r i t h mo n l y , t h ec y l i n d e r s u r f a c ew ed e s i g n e dh a sh i g h e rd i f f r a c t i v ee f f i c i e n c yt h a tm o r et h a n7 0 t h ed e s i g no fd o ew i t hl o n gf o c a ld e p t hi sp r e s e n t e db a s e do ns a - b i 姗 a l g o r i t h mt h ef o c a ll e t l g t ho ft h ed o e i s8 0 r a ma n dt h ef o c a ld e p t hi s 9 m mw h i c hi s4t i m e so fa g e o m e t r i co p t i c a l1 e n sw i t ht h es a m ef o c a ll e n g t h i nt h er a n g eo f t h ef o c a ld e p t h t h ei n t e n s i t yi sw e l l p r o p o r t i o n e d b a s e do ns a - b i w pa l g o r i t h m w ed e s i g n e das i n g l ep h a s e - o n l yd o ef o r r e s h a p i n go fh i g h p o w e rl a s e rd i o d et h ed o e i su s e dt of o c u sa ne l l i p t i c a l g a u s sb e a mo n t oae x i g u o u sb e a mw i t h01m mr a d i u si nt h er a n g ef r o m z = 5 0 m mt oz = 6 0 m mt h ec a l c u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a tt h ed e s i g n e dd o e c a l la p p r o x i m a t e l ya c h i e v et h ed e s i r eo fp u m p i n go ft h es o l i d s t a t el a s e r w i t hl a s e rd i o d e s i nc o n c l u s i o n ，w ee x p l o r et h ed e s i g nt h e o r ya n dc o m p u t a t i o n a la l g o r i t h m so f u n c o n v e n t i o n a ld o e a n ds t u d yt h ea p p l i c a t i o no fd o ei nac o m p o s i t i v e ，m i n i a t u r e s y s t e m ，a n dg e tg o o dt h e o r e t i c a ld e s i g na n de x p e r i m e n t a lr e s u l t s k e yw o r d s ：d i f f r a c t i v eo p t i c o le l e m e n t s ，l a s e rd i o d e , w a v e - f r o n tc o n v e r s i o n ， s a - b 1 w pc o m p o s i t ea l g o r i t h m 致谢 本论文是在我的导师张静娟教授的精心指导和亲切关怀下完成的。 张老师广博的学识、严谨求实的学风、诲人不倦的精神和平易近人的品 德给我留下了深刻的印象。三年以来，张老师不仅在学习上悉心指导、 帮助我，在生活上也给予了我极大的关心与照顾。在此谨向为我成长而 付出艰苦劳动和无数心血的张老师致以衷心的感谢! 感谢王京从、霍俊岭、梁文锡同学，他们在与我合作的过程中，给 了我许多有益的讨论和帮助。 特别感谢半导体所谢福增研究员及其课题组人员在元件设计和实验 过程中提供的帮助，感谢微电子中心高士平研究员在元件制作中提供的 帮助。 感谢三年中在学习、生活上关心扣帮助过我的各位老师和同学。 由衷地感谢我的家人一直以来对我的关t c 2 、支持和鼓励。 中国科技大学研究生院( 北京) 硕士论文第一章 第一章绪论 1 1衍射光学元件发展概述 6 0 年代激光的出现，促进了光学技术的飞速发展，但基于光波 的折射和反射原理的传统的光学元( 器) 件，如透镜、反射镜和棱镜等 大都是以机械的铣、磨、抛光等来制作的，不仅制造_ 7 - 艺复杂，而 且元件尺寸大、重量大。在当前仪器走向光、机电集成的趋势中， 它们已显得臃肿庞大极不匹配。研制小型、高效、阵列化光学元件 已是光学界刻不容缓的任务。 衍射光学源于全息光学元件( h o e ) 特别是计算全息元件( c 6 h ) r ：1 ，是八十年代初发展起来的一个新的光学分支。它是基于光波的 衍射理论，利用计算机辅助设计，并用超大规模集成( v l s i ) 电路制 作x - 艺，在片基( 或传统光学器件表面) 刻蚀产生两个或多个台阶深 度的浮雕结构，形成纯相位、同轴再现，具有极高衍射效率的一类 衍射光学元件f d i f f r a c t i v eo p t i c a le l e m e n t ，简称d o e ) 3j ，是光学与 微电子学相互渗透与交叉的前沿学科。 衍射光学元件不仅有体积小、重量轻、结构紧凑、易于复制等 显而易见的优点，还具有高衍射效率、独特的色散性能、更多的设 计自由度、宽广的材料可选性以及可以实现传统光学元件所无法实 现的特殊功能等特点【”，从而使光学系统向轻型化、微型化、阵列 化、集成化方向发展。因此，它一经诞生，就倍受人们关注。随着 衍射光学元件的设计理论及制作工艺的发展，衍射光学元件已被广 泛用于光学传感、光通信、光计算、数据存储、激光医学、娱乐消 费以及其他特殊系统中。 近年来，衍射光学元件的设计有以下两个发展方向：一是从标 量衍射理论向矢量衍射理论发展；二是从实现单个输出平面的光场 分布向实现在特定三维区域内的光场传播发展。 从衍射理论上分，衍射光学元件的设计可以分为两大类：标量 衍射理论和矢量衍射理论【。当精细结构的特征尺寸( f e a t u r es i z e ) 大 于入射光波长时，可以采用传统的标量衍射理论( 5 1 来设计。当特征 尺寸接近或小于光波长，刻蚀深度也较大f 达到几个波长量级) 时， 标量衍射理论中的假设和近似不再成立 “，此时，光的偏振属性和 不同偏振光之间的相互作用对光的衍射结果起着重大作用，必须在 适当的边界条件上求解m a x w e l l 方程组，来进行衍射光学元件的设 计，已发展几种有关的理论设计方法，如：积分法、微分法、模态 法、和耦合波法【7 “”，这些方法目前还不够成熟，正处在探索阶段。 通常情况下，当衍射光学元件特征尺寸大于光波波长时，可以 采用标量衍射理论进行设计。例如，计算全息就是利用光的标量衍 中国科技大学研究生院( 北京) 硕士论文第一章 2 射理论和傅立叶光学进行分析的，关于衍射光学元件衍射效率与相 位台阶数之间的数学表达式也是标量衍射理论的结果。在此范围内， 衍射光学元件的设计问题可以描述为光学变换系统中的相位恢复问 题：已知输入平面上的光场振幅和输出平面上光场分布，如何计算 紧贴在输入平面后的衍射相位元件的相位分布，使得光学系统正确 地调制输入光波，高精度地给出预期输出图样，实现各种综合功能。 多年来，针对这一类衍射光学元件的设计，人们在理论和应用方面 进行了大量的研究，提出许多不同的设计方案，主要有：g e r c h b e r g s a x t o n 算法( g s ) 5 ”“或误差减法( e r ) 及其修正算法【1 6j 、直接二元 搜索法( d b s 也称爬山法( h c ) ) ”1 、稳相法【”】、杨一顾( y g ) 算法 等。 以上所列的各种算法找到的解对应的都是误差函数的局域极小 点，并在很欠程度上依赖于迭代算法所选用的初始相位。近年来， 人们将模拟退火法( s i m u l a t e da n n e a l i n ga l g o r i t h m ，简称s a ) t2 ”2 2 1 和遗传 算法( g e n e t i ca l g o t i t h m ，简称g a ) 心25 1 等较弱依赖初始相位的全局优 化算法应用于衍射光学元件的设计，取得了较好的结果。其中模拟 退火算法是一种适合解决大规模组合优化问题的的方法，它具有描 述简单、使用灵活、应用广泛、运行效率高和较少所初始条件限制 等优点；遗传算法是一种借鉴生物界自然选择和自然遗传机制的高 度并行、随机、自适应搜索算法，它将适者生存原理同基因交换机 制结合起来，形成一种具有独特优化机制的搜索技术，而且特别适 用于并行计算，已被应用到诸多领域。这两种算法可以得到整体的 最优解，但计算量都很大。 上述的算法多用于解决一个输入平面到单个输出平面的相位恢 复问题，使某个预定输出平面的光场分布达到预期的输出。而在许 多光束整形应用领域中，需要能在某一区域内控制波前的传播，如 无衍射光束阵列、螺旋光束等，用传统光学元件实现上述特殊要求 难度较大，衍射光学元件由于其在设计上的灵活性、功能的多样性 的优点，应该能满足这一设计要求。由于光场的纵向、横向强度都 要进行调制，对衍射光学元件的设计提出了新的要求，这是衍射光 学元件设计问题中面临的一个新的研究课题。这一问题的解决无疑 在光学变换理论和设计方法上是非常有意义的，并且会给信息传输、 光计算、精密准直和精细剖面检测、激光加工等领域带来更诱人的 应用前景。 要求光场在采一区域内而不是在某一特定平面上满足预期的分 布，可以把这一区域用多个输出平面分割，则使得经调制后的光波 在这一三维区域内光强分布满足特定要求的衍射光学元件的设计问 题，转化为一个输入平面到多个输出平面的相位恢复问题：已知输入 平面的光强振幅分布，和某一三维区域内多个输出平面上的光场分 布，如何计算输入平面上的光波场相位分布，使得光学系统正确地 调制入射光波，高精度的满足多个输出平面预期的光场分布要求， 实现综合功能。 19 94 年，jr os e n 2 6 1 在o p tl e t t 发表文章，第一次把图象处理领 域的投影限制集算法( p r o j e c t i 0 1 1 _ - 0 n t o c o n s t r a i n t s s e t s ，简称p o c s ) 中国科技大学研究生院( 北京阚士论文第一章 应用到光学元件设计领域，采用扩展形式的投影限制集算法，设计 输入孔径的分布函数，实现光轴上某一段距离内光强均匀的光场。 紧接其后，rp i es t u n 2 7 1 完善p o c s 算法在光学元件设计中的应用， 首次提出一个输入平面到多个输出平面的光学变换系统。用p o c s 算法设计了广叉上的无衍射光束( 该光束并非jd u r n i n t 2 8 1 在1987 年 提出的严格的贝塞耳光束，而是在某一段距离之内保持不发散的具 有极窄波峰的光束，由于它具备长距离不发散的特征，因此亦可称 做无衍射光束) 和无衍射光束阵列。虽然该衍射光学元件带有振幅 调制，衍射效率只有3 左右，但这给解决一个输入平面到多个输出 平面的相位恢复问题提供了可行的算法。另外，rp i es t u n 还采用体 造代加权投影算法( b l o c k i t e r a t i v ew e i g h t e dp r o j e c t i o n sa l g o r i t h m ，简称b i w p l 设计了广义无衍射光束及光束阵列 2 9 】。在国内，中科院物理所董碧 珍 30 等在1996 年将y g 算法推广到从单个输入平面到多个输出平 面的非么正变换系统，设计长焦深的衍射相位轴柱镜，在国内首次 提出单个输入平面到多个输出平面的相位恢复问题。并用扬一顾算法 进行设计。刘嵘等将共轭梯度法引入菲涅尔变换系统中 ，完成了 多种具有纵向强度调制功能的衍射相位元件的设计。 本文所考虑的情况均满足标量衍射近似条件。我们基于标量衍 射理论，就设计非传统衍射光学元件实现特定三维区域内的光场分 布做了一些有益的探索。我们将s a 算法与b i w p 算法相结合，构成 一种混合算法f s a b i w p 算法) 。我们采用；昆合算法成功地设计了焦 深为普通透镜4 倍的长焦深d o e 元件、将强度均匀分布的输入光波 变换成在z = 1 0 0 m m 1 4 5 m m 区域内不发散传播的圆环的d o e 元件。 通过与单纯利用b i w p 算法对相同问题的设计结果的比较，验证了 新算法具有对初始值依赖性小、抗局部极值能力强的特点，该混合 算法是一种有效的全局优化算法。 1 2 半导体激光器概述 半导体激光二极管是一类通过p n 结电注入泵浦的方式实现受激 发射的光电子器件，它具有体积小、泵浦客易、能直接调制等特点 但在输出功率、单色性和方向性等方面不如其它激光器。 从材料划分，半导体激光二极管目前主要集中在a i g a a s ， i n g a a s p ，i n g a a l p ，i n g a n 以及尚在研究中的i i v i 族z n s s e 等五 大类。其中以a l g a a s ，i n g a a s p 和i n g a a i p 最为成熟。都已开发出 产品投放市场。a 1 g a a s 激光器波长主要集中在7 6 0 n m 8 3 0 n m 波段， 尤以7 8 0 n m 最多，主要用于光盘存储与读出、条码扫描、激光印刷、 测距、固体激光器的泵浦等应用。i n g a a s p ( 以及i n g a a s ) 激光器的 波长主要集中于1 3 u m ，1 5 5 t i m 以及1 4 s u m 和9 8 0 n m 四个波长上。 13 l l m 和1 55 u m 的激光器用于光纤通信，14 8 u r n 和9 8 0 n m 激光器 用于掺er 光纤放大器的泵浦源。i n g a a i p 的波长为6 7 0 ，6 5 0 和6 3 0 n m 三种，主要用于光盘、激光印刷、测距、空间通信、显示、报警、 中国科技大学研究生院( 北京颅士论文 第一章4 医疗等。作为绿光和蓝光的i n g a n 激光器，9 6 年眷首先在日本的实 验室中研究出来，已有实用化的产品。至此，半导体激光器已覆盖 了蓝、绿、黄、红全可见光领域，加上早巳成熟的近红外和远红外 激光器，构成了多波段、多种材料、多种结构的半导体激光器家族。 随着其技术的不断发展，半导体激光器将有越来越广泛的应用。 由于半导体激光器的方向性不太好( 主要是水平方向和垂直方向 发散角相差大) ，在实际应用中，需对光束进行耦合、整形后才能使 用。常用的方法主要有：几何透镜组1 3 ：1 、自聚焦透镜 ”1 以及光纤微 透镜耦合 3 4 1 等。衍射光学元件由于其体积小、重量轻、易于复制、 可实现任意形状的波面变换等特点，正越来越多地被应用于与半导 体激光器相关的光束整形、耦合、分束等功能中【35 。9 1 ，不但可以替 代传统的光学元件以利于系统的轻型化、微型化、阵列化和集成化， 还可以实现某些传统光学元件无法实现的特殊功能，具有良好的应 用前景。 在本文中，我们设计并制作了两个一维的d o e 元件，用于改善 红外大功率半导体激光器的发散角特性，实现远距离照明功能；并 讨论了在实际应用中，如何通过调整系统的部分参数使系统能够适 应不同发散角参数的激光器。实验结果与设计基本一致。由于元件 的工作距离短，可以和激光器封装为一体，有利于系统的小型化、 实用化。 我们还采用s a b i w p 算法，通过大量计算，设计了一个用于泵 浦固体激光器的大功率半导体激光器光束整形的d o e 元件，将l d 出射的椭圆光束在z = 5 0 m m 6 0 m m 范围内聚焦为半径01 m m 的光 斑，设计结果基本达到了要求。这个d o e 元件可替代传统的复杂光 学耦合系统，实现对泵浦光束的整形、耦合，有利于l d 泵浦固体 激光器系统的小型化、轻型化、全固化。 1 3 论文的主要工作 本论文主要由以下部分组成：第二章介绍了用于改善红外照明 系统中大功率半导体激光器发散角特性的衍射光学元件的设计原理 和设计结果；第三章介绍了衍射光学元件的制作及所取得的实验结 果；第四章介绍了波前变换的普遍理论并对模拟退火法和体迭代加 权算法相结合的理论进行了描述。第五章通过设计实现将均匀光斑 变换成在一定范围内传播的圆环的衍射光学元件和一个长焦深衍射 光学元件，将混合算法和体迭代加权算法做了比较，以验证新算法 的有效性。第六章采用混合算法设计了用于大功率半导体激光器泵 浦固体激光器的纯相位衍射光学元件。 参考文献： 1 f e l d m a nmt k “d i f f r a c t i v eo p t i c sm o v e si n t oc o m m e r c i a la r e n a ，l a s e rf o c u s w o r l d ，1 4 3 1 5 1 ( 1 9 9 4 ) 中国科技大学研究生院( - g 京) 硕士论文第一章 2 2 l e ew ，“c o m p u t e rg e n e r a t e dh o l o g r a p h y ”p r o g r e s si no p t i c s ，w o l fee d a m s t e r d a m ：n o r t h h o l l a n d ，1 6 ，1 7 2 ( 1 9 7 8 ) 3 】金国藩，严瑛白，邬敏贤等，“二元光学”，国防工业出版社，1 - 2 ( 1 9 9 8 ) 4 mb o r na n dew 0 1 p ，m c i p l e so f o p t i c s ，6 t he d ( p e r g a m o n ，l o n d o n ，1 9 8 0 ) 5 j nm a l t ， u n d e r s t a n d i n g d i f f r a c t l ，e o p t i c a ld e s i g ni nt h es c a l a rd o m a i n ”， jo p ts o ca ma1 2 ，2 1 4 5 2 1 5 5 ( 1 9 9 5 ) 6 dap o m m e t ，mgm o h a r a m ，a n de b g r a m l ，“l i m i t so fs c a l a rd i f f r a c t i o nt h e o r y f o rd i f f r a c t i v ep h a s ee l e m e n t s ”j o p ts o ca ma 1 1 1 8 2 7 1 8 3 4 ( 1 9 9 4 ) 7 】q ud ，b u r g ee ，y u a nx ，“d i f f r a c t i v ep r o p e r t i e so fs u r f a c e r e l i e fm i c r o s t r u c t u r e s ”， s p i e ，1 5 0 6 ：1 5 2 - 1 5 9 ( 1 9 9 1 ) 8 v a s a r aah ，n o p o n e njp ，e ta l ，“r i g o r o u sd i f f r a c t i o nt h e o r yo fb i n a r yo p t i c a l i n t e r c o n n e c t s ”，s p i e ，1 5 0 7 ：2 2 4 2 3 8 ( 1 9 9 1 ) 9 m o h a r a md 凡g a y l o r dtk “r i g o r o u sc o u p l e d w a v ea n a l y s i so fp l a n a r g r a t i n g d i f f r a c t i o n ，l o p t s o ea m ，7 1 ：8 1 1 - 8 1 8 ( 1 9 8 1 ) 1o n a k a t ayk o s h i b am ，“b o u n d a r y e l e m e n ta n a l y s i so fp l a n e w a v ed i f f r a c t i o n f r o mg r o v e - t y p ed i e l e c t r i ca n dm e t a l l i c g r a t i n g ”，j o p ts o ca ma ，7 1 4 9 4 1 5 0 2 ( 1 9 9 0 ) 11 d wp r a t h e r ，m sm i r o t z n i k ，j nm a i t ，“b o u n d a r yi n t e g r a lm e t h o d sa p p l i e dt ot h e a n a l y s i so f d i 册a c t i v eo p t i c a le l e m e n t s ”，jo p ts o ca m a ，1 4 ( 1 ) ：3 4 4 3 ( 1 9 9 7 ) 1 2 eng i y t s i s ，meh a r r i g a n ，e ta l ，“c o l l i m a t i n gc y l i n d r i c a ld i f f r a c t i v el e n s e s ： r i g o r o u se l e c t r o m a g n e t i ca n a l y s i s a n ds c a l a r a p p r o x i m a t i o n ，a p p lo p t ， 3 7 ( 1 ) ：3 4 4 3 ( 1 9 9 8 ) 1 3 dwp r a t h e r , jnm a l t ，“v e c t o r b a s e ds y n t h e s i so f f i n i t ea p e r i o d i cs u b w a v e l e n g t h d i f f r a c t i v eo p t i c a ld e m e n t s ”，jo p t s o ca ma1 5 ( 6 ) ：1 5 9 9 1 6 0 7f 1 9 9 8 ) f 1 4 g e r c h b e r grw s a x t o nwo ，“ap r a c t i c a la l g o r i t h mf o rt h ed e t e r m i n a t i o no f p h a s ef r o mi m a g ea n dd i f f r a c t i o np l a n ep i c t u r e s ”，o p t i k ，3 5 ：2 3 7 - 2 4 6 ( 1 9 7 2 ) 1 5 】张静娟，羊国光等，“用反应离子刻蚀制备的纯位相片将高斯型激光束变换 成均匀束”，物理学报，4 1 ( 1 2 ) 。1 9 6 1 1 9 6 7 ( 1 9 9 2 ) 1 6 f i e n u pjr “i t e r a t i v em e t h o da p p l i e dt oi m a g er e c o n s t r u c t i o na n dt oc o m p u t e r g e n e r a t e dh o l o g r a m s ”，o p te n g 1 9 ：2 9 7 3 0 6 ( i 9 8 0 ) 17 s e l d o w i t zm 凡“s y n t h e s i so fd i g i t a lh o l o g r a mb yd i r e c tb i n a r ys e a r c h ”，a p p l i e d o p t i c s ，2 6 ( 1 4 ) ：2 7 8 8 2 7 9 8 ( 1 9 8 7 ) 1 8 】许超，张静娟，陈俊本，“用于圆对称光束波前变换的位相型光学系统”， 物理学报，4 2 ：1 2 4 5 1 2 5 1 ( 1 9 9 3 ) 1 9 y a n ggz ，g uby “o nt h ea m p l i t u d e p h a s er e t r i e v a lp r o b l e mi nt h eo p t i c a l s y s t e m ，a c t ap h y s s i n ，3 0 ：4 1 0 4 1 3 ( 1 9 8 1 ) 2 0 k i r k p a t r i c ks ，“o p t i m i z a t i o nb ys i m u l a t e da n n e n i n g ”，s c i e n c e ，2 2 0 ：6 7 1 6 8 0 ( 1 9 8 3 ) 2 1 j iy a n g ，z h a n gj i n g i u a n ，e ta l ，“b i n a r yo p t i c s f o re l l i p t i c a lb e a mt oc i r c u l a r f l a t t o pb e a mt r a a n s f o r m a t i o n ，s p ，2 8 8 6 ：2 4 8 - 2 5 7 ( 1 9 9 6 ) 2 2 姬扬，张静娟等“用于半导体激光器光束整形的衍射光学元件的设计研究”， 物理学报，4 5 ( 1 2 ) ：2 0 2 7 2 0 3 4 2 3 h o l l a n djh ，“g e n e t i ca l g o r i t h m ”，s c i e n t i f i ca m e r i c a n ，4 ：4 4 5 0 ( 1 9 9 2 ) 2 4 y a n gj i ，j i n g j u a nz h a n g ，j i n g c o n gw a n g ，“b i n a r yo p t i c sd e s i g nw i t hg e n e t i c 中国科技大学研究生院( d e 京) 硕士论文第一章6 a l g o r i t h m ”，s h e 2 8 6 6 ：1 1 6 1 1 9 ( 1 9 9 6 ) 2 5 张静娟，姬扬等，“遗传算法在光束整形中的应用”，物理学报， 4 5 ( 5 ) ：7 8 9 7 9 5 ( 1 9 9 6 ) 2 6 jr o s e n ，“s y n t h e s i so fn o n d i f f r a c t i n gb e a m si nf r e es p a c e ”，o p tl e t t ，1 9 ： 3 6 9 3 7 1r 1 9 9 4 ) 2 7 rp i e s t u na n djs h a m i r , “c o n t r o lo fw a v e f r o n tp r o p a g a t i o nw i t hd i f f r a c t i v e e l e m e n t s ”，o p t l e t t ，1 9 ：7 7 1 7 7 3 ( 1 9 9 4 ) 2 8 jd u r n i n ，。e x a c ts o l u t i o n sf o rn o n d i f f r a c t i n gb e a m sit h es c a l a rt h e o r y ”j o p t s o ca m 丸4 6 5 1 - 6 5 4 ( 1 9 8 7 ) 2 9 rp i e s t u n ，bs p e k t o r , a n djs h a m i r , “w a v ef i e l d si nt h r e ed i m e n s i o n s ：a n a l y s i s a n ds y n t h e s i s ”，jo p ts o c ，a ma 1 3 ，1 8 3 7 8 4 8 ( 1 9 9 6 ) 3 0 b i z h e nd o n g ，o u o z h e ny a n g ，e ta l ，“i t e r a t i v eo p t i m i z a t i o na p p r o a c hf o r d e s i g n i n ga na x i c o nw i t hl o n gf o c a ld e p t ha n dh i g ht r a n s v e r s er e s o l u t i o n ”， jo p ts o ca m a1 3 ：9 7 1 0 3 ( 1 9 9 6 ) 3 1 】rl i u ，b i z h e nd o n g ，e ta l ，“g e n e r a t i o no f p s e u d o n o n d i f f r a c t i n gb e a m sw i t hu s e o fd i f f r a c t i v e p h a s ee l e m e n t sd e s i g n e db yc o n j u g a t eg r a d i e n t m e t h o d ”， jo p ts o ca ma ，1 5 ：1 4 4 - 1 5 1 ( 1 9 9 8 ) 3 2 陈海清，阮玉，常羊燕，“用于半导体激光器的高效能量耦合镜与整形镜”， 光子学报，2 3 ：3 4 4 3 4 8 ( 1 9 9 4 ) 3 3 邓朝思，胡企铨等，“半导体激光器的组合式光束耦合研究”，中国激光， 2 3 ：9 7 5 9 7 9 ( 1 9 9 6 ) 3 4 】w i t t m a n n ，rk e i l ，“f a b r i c a t i o na n di n v e s i t i g a t i o no fd f a w nf i b e rt a p e r sw i t h s p h e r i c a lm i c r o l e n s e s ”，jo p tc o m m u n ，6 ( 4 ) ：1 4 2 1 4 6 ( 1 9 8 5 ) 35 】ss i n z i g e r , k h b r e n n e r , e ta l ，“a s t i g m a t i cg r a d i e n t i n d e xe l e m e n t sf o rl a s e r d i o d ec o l l i m a t i o na n db e a ms h a p i n g ”，a p p l o p t ，3 4 ( 2 9 ) ：6 6 2 6 - 6 6 3 2 ( 1 9 9 5 ) 3 6 ha a g e d a l ，ms c h m i d ，e ta 1 ，“a n a l y t i c a lb e a ms h a p i n gw i t ha p p l i c a t i o nt ol a s e r d i o d ea r r a y s ”，jo p t s o ca ma ，1 4 ( 7 ) ：1 5 4 9 1 5 5 3f 1 9 9 7 ) 37 ne r i k s s o n ，jb e n g t s s o n ，e ta 1 ，“s u r f a c e e m i t t i n gu n s t a b l e r e s o n a t o rl a s e r sw i t h i n t e g r a t e dd i f 抒a c t i v eb e a m f o r m i n ge l e m e n t s ”i e e ep h o t o n i c st e c h n o l o g y l e t t e r s ，9 ( 1 2 ) 15 7 0 1 5 7 2 ( 1 9 9 7 ) 38 tn a g a n o ，hs h i r a k a w a ，e ta l ，“o p t i c a lm o d u l eu s i n gd o u b l e s i d e dp o l a r i z i n g d i f f r a c t i v eo p t i c a le l e m e n tf o rd i g i t a lv e r s a t i l ed i s cd r i v e s ”，j a p a n e s el a p p lp h y p a r t1 - r e g u l a rp a p e r ss h o r tn o t e s r e v i e w 3 7 ( 6 b ) ：3 7 3 9 3 7 4 3 ( 1 9 9 8 ) 3 9 g gy a n g ，“a no p t i c a lp i c k u pu s i n gad i f f r a c t i v eo p t i c a le l e m e n tf o rah i g h - d e n s i t yo p t i c a ld i s c ”，o p t i c sc o m m u n i c a t i o n s ，1 5 9 ：1 9 2 2 ( 1 9 9 9 ) 中国科技大学研究生院( 北京) 硕士论文 第二章 7 第二章在红外大功率半导体激光照明系统 中衍射光学元件的设计 2 1引言