采用精细化设计方法,进行了菲涅耳区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.优化得到的束匀滑器件的位相深度小于π,易于后续加工.

根据衍射光学束匀滑器件透过率函数的自相关系数,重新定义了表征衍射光学器件(DOE)焦面光强分布束匀滑性能的两个参数:光能利用率和顶部不均匀性.此种定义是对利用衍射光学器件焦面光强分布的空间频谱进行的性能参数定义的一种近似,对于精细化设计,两种定义计算结果非常吻合;而对于传统设计,两种定义计算结果有较大偏差.当衍射光学束匀滑器件与光谱色散平滑(SSD)技术联合使用时,模拟计算结果表明,对于精细化设计与传统设计,定义的性能参数均能反映衍射光学器件的实际使用性能.

基于空间频谱,对光谱色散匀滑（SSD）技术与衍射光学器件（DOE）联用的焦面光强分布进行了严格的理论分析。与光谱色散匀滑技术联用前后,衍射光学器件焦面光强分布均可转化为一系列不同频率、不同复振幅的正余弦函数的叠加。光谱色散匀滑技术对衍射光学器件焦面光强分布空间频谱进行调制,该调制不仅与光谱色散匀滑参数,还与衍射光学器件相位分布有关。该技术使得衍射光学器件焦面光强分布变得更平缓,但要获得良好的联用性能,需根据光谱色散匀滑参数进行衍射光学器件的优化设计。在某一给定的光谱色散匀滑参数条件下,进行了衍射光学器件的优化设计。结果表明,与光谱色散匀滑技术联用后,衍射光学器件对入射波前畸变的宽容度有较大提高。

本文利用长焦深器件设计思路，提出了通过设计衍射光学器件相位分布使得在三个垂轴面上满足均匀 照明要求来间接实现非垂轴面均匀照明的设计方法，并完成了同时实现多种角度非垂轴面均匀照明的衍射光学器件设计。基于爬山法和模拟退火法相结合的混合算法，设计了器件的相位分布，在３０°、４５°、５５°非垂轴面上光斑不均匀性分别为５．９１％、４．００％、３．３８％，该方法可推广至二维情形，实现任意曲面均匀照明的要求。

采用爬山法和模拟退火法相结合的混合优化算法，设计得到了二元光学器件的良好位相结构；基于高斯分布随机信号模型，分析了二元光学器件对输入波面位相畸变的宽容度。首交釜对波长λ＝１．０５３μｍ研制了Φ１００ｍｍ的连续位相二无光学器件，并通过多级衰减片及ＣＣＤ实现了焦斑光强分布测量，结果表明得到了边缘陡峭、旁瓣小、中心主人有一定均匀性、且没有中心零级锐脉冲的焦斑光强分布。