【技术实现步骤摘要】
本申请涉及激光整形，具体涉及一种衍射光学元件的设计方法、装置、设备及存储介质。
技术介绍
1、衍射光学元件(diffractive optical elements,doe)，是基于光波的衍射理论，利用元件表面的台阶型或连续浮雕结构，实现对入射光波的任意波面变换，具有小型化、阵列化、可集成化、衍射效率高等优点，已广泛应用于激光整形、像差校正、光储存、光互连等领域。
2、激光光束波前整形是衍射光学元件较为常见的应用，即衍射光学元件将入射的高斯圆光斑整形成平顶圆光斑或矩形光斑，应用于激光加工、均匀照明等领域。因此在利用计算机辅助设计doe的过程中对激光能量均匀度提出了较高要求，如光斑均匀度大于96％。
3、目前，基于标量衍射理论的衍射光学元件的设计可以分成迭代法和搜索法。迭代法主要包括gs算法、杨-顾算法、最速下降算法等，其中gs算法已经成熟地应用于doe的设计中，此类算法具有编程简单，收敛速度快的优点，但也存在着对初始值敏感，易陷入局部最佳的问题。搜索法则包括模拟退火法、遗传算法等，此类算法具备跳出局部最优的能力，但优化效率不高，很难得到全局最优解。因此，设计衍射光学元件时，优化设计算法的收敛速度和寻优精度是求解其相位分布结构的关键。gs算法是盖师贝格-撒克斯通(gerchberg-saxton)算法的简称，gs算法可根据已知的输入平面上光场振幅分布和要求的输出平面上光场分布，计算得到所需的输入平面上光场相位分布。
4、gs算法的基本流程如图1所示，其中，f(x0,y0)为输入面光场振幅分布，为
5、gs算法的基本思路是对初始相位和事先给定的入射光场分布通过做正向衍射变换得到输出平面光场分布在输出平面引入限制条件，即以期望的光场振幅分布取代原光场振幅分布，同时保持相位不变，然后做逆向衍射变换，得到输入平面光场分布，在输入平面引入限制条件，即以给定的光场振幅分布取代原光场振幅分布，同时保持相位不变，继而做正向衍射变换，如此循坏迭代，直到输出光场与理想输出光场接近或达到最大迭代次数。
6、基于上述算法思路可知，gs算法对于初始输入相位分布具有较大的依赖度，易陷入局部最优的问题，此外需要注意，gs算法以输出光斑与理想光斑的均方误差来衡量输出光斑的质量，当gs算法输出达到局部最优时，尽管衍射光学元件的均方误差较小，但光斑均匀度却无法满足要求。基于上述问题，研究人员提出了一些改进算法，如gs算法的st改进和平滑修正等，这些改进算法在一定程度上提高了衍射光学元件的设计性能。其中，st是sangtan的简称，sang tan等人提出了gs算法的st改进。
7、基于衍射光学元件(doe)的匀场整形系统如图2所示，高斯圆光斑经过doe的相位调制后衍射一定距离，在输出面得到均匀分布的圆形或矩形光斑。应用基于标量衍射理论的gs算法可求解衍射光学元件的相位分布，算法流程如图1所示。由于传统gs算法对初始值敏感，在求解过程中易陷入局部最优，研究人员提出了gs的st改进算法和平滑修正算法，但存在光斑均匀度和期望均方误差无法兼顾的问题。因此，如何兼顾整形衍射光学元件输出光斑的期望均方误差降低和振幅均匀度提高，是本领域亟需解决的技术问题。
技术实现思路
1、本申请的目的是提供一种衍射光学元件的设计方法及装置、一种电子设备以及一种计算机可读存储介质。
2、本申请第一方面提供一种衍射光学元件的设计方法，包括：
3、获取衍射光学元件的初始入射面相位结构、输入面振幅分布以及输出面理想振幅分布；
4、根据所述输入面振幅分布以及输出面理想振幅分布，基于gs算法对所述入射面相位结构进行迭代运算；
5、在每次迭代运算中，若所述衍射光学元件输出光斑的不均匀度不大于预设阈值，则利用st改进算法修改所述输出面理想振幅分布；若所述衍射光学元件输出光斑的不均匀度大于预设阈值，则利用平滑修正算法修改所述输出面理想振幅分布；
6、在每次迭代运算后，计算衍射光学元件的输出面光场分布的评价函数和迭代次数，在所述评价函数满足预设要求或所述迭代次数达到最大值时，输出当前入射面相位结构。
7、一种可能的实现方式中，所述获取衍射光学元件的初始入射面相位结构，包括：
8、通过随机选取或几何追迹法获取衍射光学元件的初始入射面相位结构。
9、一种可能的实现方式中，所述评价函数为以下各项中的任意一项或多项：期望均方误差、衍射效率和光斑不均匀度。
10、一种可能的实现方式中，所述预设要求是指期望均方误差、衍射效率和/或光斑不均匀度处于预设范围内。
11、一种可能的实现方式中，所述预设阈值设置为0.02。
12、本申请第二方面提供一种衍射光学元件的设计装置，包括：
13、获取模块，用于获取衍射光学元件的初始入射面相位结构、输入面振幅分布以及输出面理想振幅分布；
14、迭代模块，用于根据所述输入面振幅分布以及输出面理想振幅分布，基于gs算法对所述入射面相位结构进行迭代运算；在每次迭代运算中，若所述衍射光学元件输出光斑的不均匀度不大于预设阈值，则利用st改进算法修改所述输出面理想振幅分布；若所述衍射光学元件输出光斑的不均匀度大于预设阈值，则利用平滑修正算法修改所述输出面理想振幅分布；在每次迭代运算后，计算衍射光学元件的输出面光场分布的评价函数和迭代次数，在所述评价函数满足预设要求或所述迭代次数达到最大值时，输出当前入射面相位结构。
15、一种可能的实现方式中，所述获取模块，具体用于：
16、通过随机选取或几何追迹法获取衍射光学元件的初始入射面相位结构。
17、一种可能的实现方式中，所述评价函数为以下各项中的任意一项或多项：期望均方误差、衍射效率和光斑不均匀度。
18、一种可能的实现方式中，所述预设要求是指期望均方误差、衍射效率和/或光斑不均匀度处于预设范围内。
19、一种可能的实现方式中，所述预设阈值设置为0.02。
20、本申请第三方面提供一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序时执行以实现本申请第一方面所述的方法。
21、本申请第四方面提供一种计算机可读介质，其上存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令可被处理器执行以实现本申请第一方面所述的方法。
22、相较于现有技术，本申请提供的衍射光学元件的设计方法、装置、电子设备及存储介质，获取衍射光学元件的初始入射面相位结构、输入面振幅分布以及输出面理想振幅分布；根据所述输入面振幅分布以及输出面理想振幅分布本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种衍射光学元件的设计方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取衍射光学元件的初始入射面相位结构，包括：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述评价函数为以下各项中的任意一项或多项：期望均方误差、衍射效率和光斑不均匀度。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述预设要求是指期望均方误差、衍射效率和/或光斑不均匀度处于预设范围内。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设阈值设置为0.02。
6.一种衍射光学元件的设计装置，其特征在于，包括：
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述获取模块，具体用于：
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述评价函数为以下各项中的任意一项或多项：期望均方误差、衍射效率和光斑不均匀度。
9.一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器运行所述计算机程序时实现如权利要求1至5中任一项所述的方法。
10.一
...【技术特征摘要】
1.一种衍射光学元件的设计方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取衍射光学元件的初始入射面相位结构，包括：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述评价函数为以下各项中的任意一项或多项：期望均方误差、衍射效率和光斑不均匀度。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述预设要求是指期望均方误差、衍射效率和/或光斑不均匀度处于预设范围内。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设阈值设置为0.02。
6.一种衍射光学元件的设计装置，其特征在于，包括...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘有杰，王延伟，韩哲，亓岩，颜博霞，周密，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：
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