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第1章 绪论1

1.1 激光束的传输1

1.1.1 激光束的传输特性1

1.1.2 激光束的应用需求3

1.2 激光束的变换6

1.2.1 基于折射原理的激光束变换6

1.2.2 基于衍射原理的激光束变换9

1.3 二元光学及其优势10

参考文献13

第2章 二元光学基础理论及优化算法15

2.1 二元光学基础理论15

2.1.1 亥姆霍兹-基尔霍夫积分定理16

2.1.2 索末菲辐射条件17

2.1.3 基尔霍夫边界条件18

2.1.4 菲涅尔衍射18

2.1.5 夫琅和费衍射19

2.2 二元光学元件优化设计20

2.2.1 几何变换法21

2.2.2 优化算法22

2.2.3 精细化设计31

2.2.4 衍射超分辨元件的全局优化35

2.2.5 非夫琅和费衍射系统的二元光学元件优化42

2.3 光束变换性能的空间频谱分析53

2.3.1 空间频谱53

2.3.2 性能参数定义54

2.3.3 滤波性能55

参考文献57

第3章 二值相位光栅及其应用60

3.1 达曼光栅设计原理60

3.1.1 一维达曼光栅设计原理60

3.1.2 达曼光栅二维优化编码原理63

3.2 点阵型准达曼光栅（Quasi-Dammann Grating）66

3.2.1 QDG的编码方式67

3.2.2 QDG的描述参数68

3.2.3 QDG目标函数定义68

3.2.4 QDG优化设计70

3.3 圆环形达曼光栅72

3.3.1 宽带圆环形达曼光栅72

3.3.2 窄带圆环形达曼光栅［14］75

3.4 二值相位光栅的制作和检测76

3.4.1 二值位相光栅的制作76

3.4.2 二值相位光栅的检测78

3.4.3 误差分析80

3.5 二值相位光栅的应用83

3.5.1 点阵型二值相位光栅的应用83

3.5.2 点阵光斑与激光表面强化84

3.5.3 条带达曼光栅及其应用88

参考文献95

第4章 多阶二元光学元件与激光束整形97

4.1 多圆环二元光学整形元件97

4.1.1 设计方法97

4.1.2 设计实例98

4.1.3 多台阶光束整形元件制作102

4.2 任意二维分布二元光学激光束整形元件104

4.2.1 不同衍射场数值计算方法的采样范围104

4.2.2 发散球面波入射情况下的二次采样数值计算方法108

4.2.3 折衍混合元件实现大衍射场激光束整形110

4.3 二维精细化设计118

4.3.1 光束整形衍射图案中的激光散斑119

4.3.2 抑制激光散斑的光束整形优化算法120

4.4 二元光学激光束整形元件的应用126

4.4.1 多圆环光束整形元件的应用129

4.4.2 非对称光束整形元件的应用130

4.4.3 精细化设计光束整形元件的应用134

参考文献139

第5章 双光子衍射超分辨率加工141

5.1 双光子加工简介141

5.1.1 双光子激发原理和技术特点141

5.1.2 双光子微细加工研究现状143

5.2 衍射超分辨元件设计方法145

5.2.1 衍射超分辨性能参数145

5.2.2 小数值孔径下衍射超分辨元件设计方法146

5.2.3 大数值孔径下衍射超分辨元件设计151

5.3 双光子加工的分辨率增强实验162

5.3.1 横向超分辨仿真实验162

5.3.2 横向超分辨实验163

5.4 径向偏振光入射下衍射超分辨元件设计与性能165

5.4.1 二维衍射超分辨元件设计与性能166

5.4.2 三维衍射超分辨元件设计与性能176

参考文献180

第6章 柱矢量光束及应用184

6.1 柱矢量光束简介184

6.1.1 基本概念184

6.1.2 自由空间传播特性185

6.2 柱矢量光束的生成方法190

6.2.1 生成方法综述190

6.2.2 基于亚波长金属光栅的生成方法193

6.3 柱矢量光束的聚焦特性207

6.3.1 相位均匀分布的柱矢量光束的聚焦特性207

6.3.2 柱偏振涡旋光束的聚焦特性219

6.3.3 高级次轴对称偏振光束的聚焦特性227

6.4 柱矢量光束在材料加工中的应用230

6.4.1 光束偏振态对材料加工效率的影响230

6.4.2 聚焦整形技术在材料加工中的应用231

参考文献234