文档介绍：中国科学技术大学
博士学位论文
“神光”装置大尺寸衍射光学元件设计及其应用研究
姓名:张巍
申请学位级别:博士
专业:光学
指导教师:李永平
20070401
摘要本论文是围绕钅浚坝糜贗咝栽际司郾洌篒低臣す饧碓然拇蟪叽缪苌涔庋г<难兄啤闭庖恢魈展开的工程应用型研究工作,在结合“神光”装置需求的基础上,对元件的设计、加工、测试和应用等方面进行了系统的论述,所取得主要成果如下:◆结合搜索优化思想的分步迭代设计方法基于线性变换的迭代方法具有简单、快捷、收敛速度快的特点,因而被广泛的采用。这类方法的关键是迭代过程中的“反馈”是否有效,其直接影响到算法的效率。分步迭代方法基于迭代的框架,在保证迭代方法快速高效的前提下,结合优化的思想对每步迭代反馈中的参数进行有目的的选择,加强对输出结果的控制,提高设计指标。不同设计方法的设计结果对比,以及使用该方法设计所得实际元件的性能指标都证明了该方法的优越性。◆空间频域优化设计方法基于搜索的优化设计方法对于焦面的光强分布控制能力很强,能有效提高焦面光强的均匀性。但是其缺点是搜索效率不高,近乎穷举式的搜索方式需要消耗大量的计算时间。如何设定搜索的路径是提高优化效率的关键。空间频域优化设计方法是在搜索优化的基础上,从空间频域的角度开辟一条新的途径。其意义不在于算法内容本身,而是在于对空间频谱进行优化这一思想的引入。该方法基于对焦面光强的空间频谱分析,在频域内选取优化目标和费用函数,通过控制焦斑中的低频调制成分,提高元件的实际应用性能。与已有空域优化方法的对比证明◆现阶段工艺可行的多台阶型睦胱邮卓谭桨衍射光学元件的加工方法很多,在骶日彰饔肈的研究过程中,针对纳杓坪图庸の颐墙辛硕嘀址桨傅某⑹浴Mü砺酆褪笛槁壑ぃ相比较于连续位相元件的离子束旋转刻蚀方案和随机位相元件的掩模刻蚀方案,多台阶型睦胱蛹硖卓谭桨甘窃谙钟泄ひ仗跫陆饩鲈<砣荻群凸ひ瘴了该方法的有效性。中国科学技术夫学博宦畚
差的矛盾,缩小设计和实测元件性能指标差异的有效途径。◆两组外径嗵ń譊元件的设计、加工和测试根据不同的设计参数,采用多台阶型位相元件的离子束套刻方案,设计并制作了两组外径行С叽缈诰斗直鹞奈幌嘣<别实现了矩形和圆形焦斑的束匀滑。测试结果和数据分析结果显示了元件良好的应用性能,验证了设计方法和工艺可行性。通过对各类工艺误差的数值模拟分析,为设计方法和工艺过程的改进提供了依据。同时误差模拟结果也表明采用改进杂化算法设计的多台阶型哂薪锨康墓ひ瘴蟛羁砣荻取◆大尺寸元件在械挠τ们熬胺治相对小尺寸元件试制的成功,标志着用于魇然蟪叽鏒的研制工作已经进入了实用化的阶段。与实际装置使用的列阵透镜系统的性能对比表明大尺寸丫弑噶耸涤没谋匾L跫W酆洗蟪叽缭<奶厥庑院褪际应用靶场条件的限制,通过元件的设计和对各类测试误差的模拟,本论文分析了实用化的难点,并提出了相应的改进方案。理论设计结果表明,通过使用分区域设计姆椒芄坏玫皆谝欢ㄕ彰骺诰断露急3纸细咴然阅艿腄,能从设计上提高恼彰骺诰犊砣菪院涂购嵯蚨宰嘉蟛畹哪芰Α◆与谱色散平滑:S玫腄设计方案鉴于低扯园忻婀馐刃缘目量桃G螅鼋鲆揽緿单一元件来实现束匀滑是十分困难的。因此,际醯挠τ檬艿搅斯惴旱墓刈ⅲ⑶页醪降联用实验已经验证了隨联用的效果。结合联用的问姓攵孕的改进纳杓品椒ǎ晌=徊教岣逥应用性能的有效途径。本论文中,我们从空间频频谱的角度出发,根据越姑婀馇科灯椎髦频奶氐悖着互补的原则,采用空间频域优化方法设计蛊涠越姑婀馇科灯字校琒作用较弱区域内的空『自髦萍右钥刂啤Mü秸叩墓餐饔檬迪指玫募碓然果。初步的杓平峁驮<牧S眯Ч员龋っ髁烁梅桨傅目尚行浴关键词:衍射光学元件痪日彰鳎菏然豢占淦灯祝环植降中国科学技术大学博宦哿
..—,.琻,琫,中国科学技术人学博宦畚瓵瑆甌瓾瓵.
疵,甌...:,,瓹琤瑃甋猻甌瓸瑂瑂..甀,,
作者签名:丞塑拢日莎以夕年中国科学技术大学学位学位论文相关声明本人声明所呈交的学位论文,是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。除已特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了明确的说明。本人授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权,即:学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅或借阅,可以将学位论文编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。
第一章绪论衍射光学元件概述光学是一门历史悠久的科学,又是一门活跃而富有创造的崭新科学,也是一门应用只趋广泛的科学技术;上世纪激光的问世,是光学科学技术的一次革命性突破,促进了光学技术的飞