基于非成像光学的微透镜阵列激光整形器件优化设计

【摘要】在光刻、激光打印、材料加工、医疗器械、光学数据存储、光学处理、电子行业的微精细加工、干涉测量以及光学全息等领域，激光整形系统的好坏是决定器件整体性能优劣的关键因素之一。目前常用的激光整形技术有二元光学元件、液晶空间光调制器、积分镜、随机相位板、变折射率透镜、双折射透镜组、微透镜阵列等。在各种类型的激光整形器件中，微透镜阵列具有辐照均匀、材料易获取、制造工艺简单、光学损耗低、易于集成等优势。目前大多采用蝇眼透镜阵列实现平顶分布的高斯光束，但蝇眼透镜阵列需要光学系统的精确校准、光学损耗较高，且应用大多局限在微型投影领域。为简化微透镜阵列整形系统的结构，提高光学系统的能量传输效率，本文分别设计了非球面微透镜阵列和紧凑型自由曲面透镜阵列整形系统，以精确控制光束分布，实现光束整形的目标。目前，微透镜阵列面型的获得均是采用计算的方法，比较复杂、费时，本文针对高斯光束的均匀化，提出一种新的基于非成像光学的优化设计方法。首先确定入射光束和出射光束光强分布的数学表达式。基于等能量网格划分和等能量映射的方法确立采样光线在入射面和目标面上的二维坐标，从而建立Macro宏语言优化函数。在Zemax软件中进行光线追迹，对微透镜的面型进行自动的Macro宏优化。本文第1章介绍了课题研究背景和意义，激光整形技术的重要性和应用领域，以及目前广泛使用的激光整形器件的特点、设计原理、优缺点和各自应用的领域。介绍微透镜阵列激光整形系统的优势和主要应用的领域，以及目前微透镜阵列激光整形系统的类型和设计方法。此外，对激光加工所需要的激光光斑形状和能量分布进行了介绍。第2章介绍非成像光学的基本原理，以及基于非成像光学的自由曲面理论。第3章阐述了基于非成像光学的非球面微透镜阵列激光整形系统的设计原理，以及基于非成像光学的Macro宏优化函数的编写。将非球面微透镜阵激光整形系统导入TracePro软件中，分析目标光束的空间分布并给出在特定目标面上的均匀性、能量利用率等指标。第4章介绍了采用宏优化的方法，对紧凑型自由曲面微透镜阵列激光整形系统进行设计的具体过程。将自由曲面微透镜阵列激光整形系统的优化设计结果导入TracePro软件中，并分析光束的各项指标。第5章对硕士阶段的工作进行总结，对下一步的工作做出展望。
【作者】刘丽红；
【导师】孙强；
【作者基本信息】中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)，光学工程，2013，硕士
【关键词】光学设计；光束整形；非成像光学；微透镜阵列；

【参考文献】
[1]郑丕谔,赵玉超,刘国宏,李瑞波.一类非线性两层规划问题的递阶优化解法[J].控制与决策,2004,10:1194-1196+1200.
[2]马正贵.南钢3500mm炉卷轧机控制冷却系统温度控制模型[J].冶金自动化,2008,04:57-59.
[3]孙笑男.我国上市商业银行经营绩效财务指标分析[D].北京交通大学,2014.
[4]于晓彬.双膜法处理地下水工程应用[D].山东建筑大学,建筑与土木工程（专业学位）,2012,硕士.
[5]杨檬檬.新时期小说的知青叙事[D].辽宁大学,中国现当代文学,2012,硕士.
[6]崔胤.长春城市商圈规划布局研究[D].吉林建筑工程学院,城市规划与设计,2012,硕士.
[7]徐艳丽.应用内镜下活检组织对结直肠癌的定量蛋白质组学研究[D].苏州大学,消化内科学,2014,硕士.
[8]付宜进.林业起重机结构有限元分析与软件开发[D].燕山大学,机械设计及理论,2014,硕士.
[9]沈华梅.思维导图在职高英语教学中的实证性研究[D].华中师范大学,学科教学,2012,硕士.
[10]许德操,韩民晓,丁辉,董凌.基于PSASP的直流系统用户自定义建模[J].电力系统自动化,2007,06:71-76.
[11]陈安良.Zn_2SnO_4复合材料的制备及其在染料敏化电池上的应用研究[D].武汉理工大学,应用化学,2013,硕士.
[12]冯晓娟,张维娜,安红钢.载钯聚苯胺/聚砜复合膜修饰电极对甲酸的电催化氧化[J].应用化学,2014,03:336-341.
[13]宋维维.小学德育存在的问题及对策研究[D].东北师范大学,思想政治教育,2012,硕士.
[14]赵永刚.生命的困顿与跃动[D].曲阜师范大学,中国现当代文学,2004,硕士.
[15]杨万霞.青钱柳种子休眠原因及萌发生理的初步研究[D].南京林业大学,森林培育学,2004,硕士.
[16]王晓飞.浙江省高技术新创企业成长模式与创业环境研究[D].浙江工业大学,技术经济与管理,2004,硕士.
[17]李和进.基于演化博弈论的供应链合作伙伴关系的最优策略研究[D].浙江工业大学,2013.
[18]杨娟.多通路主题模型和双矩阵分解推荐算法[D].苏州大学,计算机应用技术,2013,硕士.
[19]邓波.冷壁化学气相沉积法制备纳米碳管[D].西北工业大学,材料学,2004,硕士.
[20]张觅.中国扬琴音乐的审美初探[D].中央音乐学院,扬琴,2012,硕士.
[21]褚继辉.旅蒙商对外蒙古地区经济的影响[D].内蒙古师范大学,中国少数民族经济,2013,硕士.
[22]李文浩.R公司研发中心流程再造研究[D].北京交通大学,工商管理（专业学位）,2013,硕士.
[23]卢沁雄.直驱型风电系统LVRT技术研究[D].太原科技大学,电力电子与电力传动,2014,硕士.
[24]杨青.超临界翼型、机翼的定常和非定常流场数值模拟[D].西北工业大学,流体力学,2004,硕士.
[25]李迪,张春华,赖乙宗.焊接车间数据集市和数据挖掘的研究[J].机械工程学报,2003,04:79-82.
[26]刘守生,于盛林,丁勇,钟洁.一种变焦遗传算法[J].控制与决策,2002,S1:731-734.
[27]刘庆江.WLAN与WWAN垂直切换及网络优化机制研究与实现[D].山东大学,软件工程（专业学位）,2013,硕士.
[28]慕德俊,戴冠中.基于并行结构实现修正的扩展Kalman滤波计算[J].自动化学报,1995,01:104-109.
[29]夏火松,蔡淑琴.运用市场营销领域知识优化数据库知识获取[J].情报学报,2002,04:397-400.
[30]刘永强.基于六西格玛理论的吉林省药品公司业务流程改进研究[D].吉林大学,工业工程,2013,硕士.
[31]刘玉恒,李清勤.“天窗”修实施中有关问题的探讨[J].铁道通信信号.2002(08)
[32]李凌黎.非理想通道对功放数字预失真的影响及其修正[D].中国科学技术大学,电磁场与微波技术,2014,硕士.
[33]王进华.二次型最优控制问题中的权矩阵与最优控制律[J].控制与决策,2007,08:943-945+950.
[34]姜益宏.心痛方治疗冠心病合并颈动脉斑块痰瘀互结气郁证的临床观察及对PS/PSGL-1等表达的干预[D].湖南中医药大学,中医内科,2013,硕士.
[35]魏文佳.西安地铁对沿线写字楼租金的影响分析[D].西安建筑科技大学,工程经济与管理,2013,硕士.
[36]曾庆理.煤炭企业工伤保险的预防功能研究[D].湖南师范大学,社会保障,2014,硕士.
[37]郭桂周.非正式科学课程开发的理论与实践研究[D].东北师范大学,课程与教学论,2014,博士.
[38]王华云.银行卡收单业务管理研究[D].北京交通大学,2014.
[39]汪建新,杨文志,陈润恩,苏凤歧.初轧机在线监测系统软件设计[J].冶金自动化,1996,06:16-18.
[40]王小泉.C反应蛋白与牙周炎和冠心病相关性的初探[D].南方医科大学,口腔临床医学,2012,硕士.
[41]周明敏.无法游离在国家文学制度之外的悲剧[D].温州大学,中国现当代文学,2012,硕士.
[42]王永存.石墨烯场效应晶体管设计加工及特性研究[D].中北大学,2014.
[43]杨国庆.基督教理论与现代性观念的起源[D].陕西师范大学,文艺学,2004,硕士.
[44]刘增艺.曲面孔位视觉测量技术研究[D].华侨大学,材料加工工程,2014,硕士.
[45]牛晓桐.超分辨率在相机跟踪标定中的应用[D].合肥工业大学,精密仪器及机械,2014,硕士.
[46]刘莉莉.内地音乐资源对澳门当代音乐的影响[D].中国艺术研究院,音乐学,2012,硕士.
[47]马润田.大跨钢管桁架结构风荷载数值模拟与健康监测研究[D].兰州理工大学,结构工程,2014,硕士.
[48]秦嫚捷.卡尔维诺《看不见的城市》中的后现代特点及时间、空间视角[D].四川外国语大学,比较文学与世界文学,2014,硕士.
[49]龙鹏.荧光碳纳米颗粒的制备及其功能化[D].湖南科技大学,2014.
[50]马竟容.西部地区房地产品牌传播发展研究[D].北京印刷学院,传播学,2012,硕士.