用于激光雷达光束整形的二元光学元件的设计和研究
介绍了几何追迹法和GS算法的原理，并用这两种方法设计了二元光学元件，把激光雷达输出的基横模高斯光束整形为均匀圆光束，用MATLAB程序模拟了整形效果，结果表明设计很好，满足光束整形的要求。
 引言 激光雷达在远程测距、精确制导、大气环境检测、目标探测和遥感测风等领域得到广泛应用。激光雷达的性能与发射激光光束的性能如光束束宽、发散角、光束截面分布形状和相对目标的传愉方向等都有密切的关系。在许多采用半导体激光器或固体激光器的雷达系统中，激光光束发散角一般都比较大，激光光束质量不好，不是理想的基横模高斯光束而是含有高阶模光束，从而影响了激光雷达系统整体性能。常采用扩束望远镜系统作为发射天线来压缩光束发散角，但是常规发射天线体积、重量都比较大，不能用在需要小型化和轻量化的场合中，且对含有多阶模的激光光束或是分布不规则的激光束的压缩准直效果难以保证。 二元光学元件是一种对光场进行位相调制，在输出面上通过衍射得到所需光场分布的元件，有极高的衍射效率，从理论上来讲能产生任何形式的波前。将二元光学元件用于激光雷达的光学天线上，不仅可以实现对激光光束的准直，同时还可以对光波波前进行变换和整形。 根据我校激光雷达系统的激光参数(激光波长为1064nm，人射光束的束宽2.5nm，发散角为5mrad，雷达天线的设计要求为2出射光束为均匀圆光束半径为5mm，发散角小于1mrad。本文采用几何追迹法和GS算法分别设计了激光雷达系统的BOE光学天线，实现了对光束发散角的理想压缩，以及对含高阶模的激光光束的整形。从用MATLAB的仿真计算结果来看，BOE光学天线在发散角压缩比、体积、重量及光束整形的效果上明显优于普通的望远镜发射天线。 ......
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