磁头焊接激光分束器的研究与设计

论文摘要

基于微电子加工工艺的二元光学的蓬勃发展使得精确位相衍射光栅的制作成为可能。二元光学已逐渐从理论研究步入工程应用。达曼光栅的出现使得阵列分束成为可能,达曼光栅属于夫朗禾费型衍射元件,作为分束器有它简单易用,性能稳定的优势。本文首先对光栅理论进行了深入详细的分析与探讨。从普通光栅入手建立了光栅分束器的理论基础,得到了分束器衍射效率计算的具体表达式。为了得到偶数型的光栅分束器,在光栅设计时使用了前后半周期互补的结构,并在理论上给出了详细的论证过程。用MATLAB对最初优化出来的达曼光栅进行傅立叶频谱分析,得到有限周期的光栅分束器在理想条件下的分束效果图。用于计算光栅突变坐标的优化算法的编写是本文重点和难点。优化结果的优劣直接决定光栅分束器的性能。本文运用自适应遗传算法编写出分束器的优化程序,并优化出分束比为十二以下的达曼光栅分束器。用MFC编写出检测软件对光栅各级衍射效率进行检测,得到各级次的光强大小。随后用BEAMPRO软件对光栅的矢量特性进行分析,得到分束性能随光栅结构各参数变化的详尽关系。最后对制成的光栅进行测试和分束实验。测试结果是深度相对误差为1%,而线宽相对误差为10%。实测光斑为130um左右。光栅分束器的分束效果明显,衍射光强分布均匀,其它衍射级次的扰动较小,设计和制作符合要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的来源及意义
• 1.2 激光分束器的选择
• 1.3 二元光学的应用及国内外研究现状
• 1.4 本论文的研究工作
• 第2章 光栅理论的研究及分析
• 2.1 光栅复振幅的计算
• 2.2 光栅分束器
• 2.2.1 光栅分束器原理
• 2.2.2 光栅的分束性与分光性
• 2.3 衍射的傅立叶分析
• 2.3.1 衍射空域分析
• 2.3.2 衍射频域分析
• 2.4 达曼光栅
• 2.4.1 达曼光栅简介
• 2.4.2 偶次缺级互补型达曼光栅
• 2.4.3 达曼光栅的频谱分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 光栅优化算法分析及实现
• 3.1 优化算法的介绍
• 3.2 基于遗传算法的参数优化程序实现
• 3.2.1 遗传算法的发展与应用
• 3.2.2 算法设计与实现
• 3.2.3 遗传算法的编写
• 3.3 光栅坐标参数的检验
• 3.4 本章小结
• 第4章 光栅分束器的矢量衍射特性分析
• 4.1 矢量衍射理论
• 4.1.1 模态法
• 4.1.2 耦合波法
• 4.2 基于BEAMPRO软件分析模型的建立
• 4.2.1 BEAMPRO应用背景
• 4.2.2 模型的建立
• 4.3 光栅矢量衍射特性分析
• 4.3.1 光栅各级衍射效率
• 4.3.2 周期对光栅衍射效率的影响
• 4.3.3 刻蚀深度误差对光栅衍射效率的影响
• 4.3.4 突变坐标误差对光栅衍射效率的影响
• 4.3.5 倾角对光栅衍射效率的影响
• 4.4 本章小结
• 第5章 光栅分束器的实验测试
• 5.1 光栅参数及误差的设置
• 5.2 光栅测试及误差分析
• 5.3 光栅的分束实验
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢