基于雙曲初始相位的GS改進算法

修龍汪，李文青，楊鵬，王博偉，張航

（浙江工業大學理學院光電子智能化技術研究所，杭州 310023）

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激光因其高相干性、高亮度、高單色性和高方向性被廣泛應用于激光材料加工、激光醫療、激光雷達、半導體激光熱處理等領域［1-3］。根據不同領域對光束形態的不同需求，人們研究了多種光束整形方法，如透射光學（掩模和類掩模鏡）［4-5］、折射光學（透鏡和非球面元件）［6-8］和衍射光學（傳播到遠場平面或近場平面）［9-11］。衍射光學元件（Diffractive Optical Element，DOE）能夠改變激光相位，得到所需光強分布，并且能量利用率高，再加上體積小、重量輕的優點，成為光束整形中的理想選擇［12］。目前被普遍采用的DOE 設計算法有：1）基于全局優化的模擬退火算法［13］、遺傳算法［14］；2）迭代優化算法，如傅里葉變換迭代算法［15］；3）幾何變換算法［16］。傳統模擬退火算法在收斂性方面不足；傳統遺傳算法全局尋優方面優點突出，但局部尋優較差，且參數選擇困難；迭代傅里葉變換算法轉換效率高，且可以處理大陣列數據，但對初始相位非常敏感；幾何變換算法雖然有很高的輸出效率，但光束質量相對較差。采用傳統單一算法并不能獲得很好的整形結果，于是人們又研究了基于傳統優化設計算法的混合算法和基于傳統優化設計算法的改進算法。

魯建業等［17］提出了一種混合遺傳-模擬退火算法直接設計二元衍射光學器件的方法，并對高斯基模光束整形為平頂光束的過程進行了模擬計算，數值計算誤差小于6%，衍射效率高于93%。……