[发明专利]用于准分子激光光束整形的衍射光学元件设计方法

权利要求书

1.一种用于准分子激光光束整形的衍射光学元件设计方法，其特征在于该方法包括下列步骤：

①测量入射到衍射光学元件（3）的光束的空间相干长度L；

②计算衍射光学元件（3）中位相单元的尺寸l；

③依据入射到衍射光学元件（3）的光束的空间相干长度L，确定衍射光学元件（3）中一个设计单元（301）的周期d；

④等间隔采样所需远场光强分布，并计算远场振幅分布矩阵A_out；

⑤计算设计所需的入射光振幅分布矩阵A_in；

⑥采用盖师贝格-撒克斯通算法设计一个设计单元（301）的位相分布矩阵；

⑦将周期化得到完整的衍射光学元件（3）的位相分布矩阵；

⑧评估所设计的衍射光学元件（3）的准分子激光光束整形性能。

2.根据权利要求1所述的衍射光学元件设计方法，其特征在于所述入射到衍射光学元件（3）的光束的空间相干长度L采用杨氏双孔干涉法测量：L=b_c，b_c为观测面上干涉条纹消失时双孔（6）之间的宽度。

3.根据权利要求1所述的衍射光学元件设计方法，其特征在于所述衍射光学元件3中位相单元尺寸l的计算：首先根据夫琅和费衍射原理通过下式求得理论值l′：

l′=λf/D_out

其中，λ为准分子激光器1发射的光束的波长，f为傅里叶变换透镜4的焦距，D_out为远场光强分布的尺寸；

然后根据加工工艺能够实现的刻蚀尺寸选择最接近理论值l′的值作为位相单元的尺寸l。

4.根据权利要求1所述的衍射光学元件设计方法，其特征在于所述的衍射光学元件（3）的尺寸D应大于入射到衍射光学元件（3）上的光束的尺寸D_i，通常为两倍；所述衍射光学元件（3）的设计单元（301）为衍射光学元件（3）中能够实现所需远场光强分布的一个最小区域；所述衍射光学元件（3）中设计单元（301）的周期d大于等于入射到衍射光学元件（3）的光束的空间相干长度L，并且为位相单元尺寸l的正整数倍；所述衍射光学元件（3）中设计单元（301）的周期数N为D/d，N为大于1的实数。

5.根据权利要求1所述的衍射光学元件设计方法，其特征在于所述远场光强分布的采样点数为d/l，对所述远场光强分布按照采样点数等间隔采样，得到远场光强分布矩阵I_out，所述远场振幅分布矩阵A_out的维数与所述远场光强分布矩阵I_out的维数相同，所述远场振幅分布矩阵A_out中每个元素的值为所述远场光强分布矩阵I_out中对应位置元素值开平方的绝对值；

所述设计所需的入射光场的振幅矩阵A_in的维数与所述远场光强分布矩阵I_out的维数相同，所述设计所需的入射光场的振幅矩阵A_in为对束腰直径为L的高斯光束的振幅进行等间隔采样。

6.根据权利要求1所述的衍射光学元件设计方法，其特征在于所述周期化是将设计单元（301）的量化位相分布矩阵按周期N进行延拓，得到衍射光学元件（3）整体的位相分布。

7.根据权利要求1所述的衍射光学元件设计方法，其特征在于所设计的衍射光学元件（3）的准分子激光光束整形性能的评估，包括：

①将入射到衍射光学元件（3）上的部分空间相干光束（9）分解为一系列空间平移的形式相同的空间相干高斯光束（10）；

②用分解后的高斯光束（10）分别单独入射到所述的衍射光学元件（3），并得到远场子光强分布；

③将所有的远场子光强分布进行非相干叠加得到总的远场光强分布；

④评估总的远场光强分布的衍射效率(ε)和顶部均匀性(σ)。