前言

 

通常激光光強分布呈高斯型，而在許多實際應用中，需要將光強分布加以轉換，即光束整形，如呈平頂狀和環狀等。以往人們多用計算全息法實現環形分布，但衍射效率低，難于推廣。近年來人們開始研究二元光學元件(BOE)在光束整形方面的作用。二元光學元件是在計算機制全息圖和相息圖研究發展的基礎上，利用計算機設計和微電子加工技術研制成的一種高效率的新型光學元件。由于它能靈活控制波前，因此在光束整形方面有著廣泛的應用前景。

  二元光學的優點——高衍射效率；獨特的色散性能；更多的設計自由度；寬廣的材料選擇；獨特的光學功能。

 

 

圖1表面進行劃分從而形成一個二元光學元件

 

二元光學器件分為主階次和帶有幾個次階次的連續界面。在二元光學中，每個主階次上的次階次數目通常設置為2、4、8等。GLAD中產生二元光學元件命令如下所示：

binary/lens/surface kbeam xrad yrad level nlevels

int2phase/two kbeam1 kbeam2 [2.*pi*(rindex-1)/lambda]

binary/lens/phasescreen ibeams rindex xrad yrad level nlevels

binary/lens/residual ibeams rindex xrad yrad level nlevels

binary/surface kbeam level nlevels

這些命令執行的是產生二元光學的光柵和透鏡，其二元光學表面可以由binary/surface 命令產生，并直接或者間接依靠 int2phase、int2waves、sfocus起著相位屏的作用。二元光學表面可以圖示為plot的強度項。

binary/surface 命令能夠將任意分布的光場轉化為二元光學器件的面形。

 

 

二元光柵表面計算：

這里舉一個二元光柵的例子，它是由二元表面組成，然后對其執行“sfocus”命令。表面通過具有一定高度的強度表現出來，高度的單位為厘米，表面的高度可以通過任意一個常規的強度出圖命令顯示出來。“sfocus”命令將表面的高度作為一個相位差引入，然后乘以α = n – 1，傳輸距離為z，將其設定為1。“sfocus”命令還包括了2π ? λ這一項。次級數量分別為2,4,8和16，在這樣的單位下，16個次級分辨率不好，但是表面卻可以以一個近似光滑的分布顯示出來。

 

 

 

二元透鏡計算：

下面（a）（b）圖為一個半徑為100的正透鏡，焦距為200 cm。透鏡的凈孔徑為0.225 cm，設計波長為0.6328 um。遠場中的峰值強度顯示在子級階數上，顯示出與光柵相似的漸近行為。（c）（d）圖說明了一個與上面正透鏡相似的負透鏡，在虛擬焦距處，遠場位于透鏡后面100厘米處。

 

 

 

下圖展示一個正負組合二元透鏡，其等圓柱形焦距為正負200 cm。并可利用可分離傳播和轉置步驟得到遠場分布。

 

 

正負組合透鏡，兩層和四層