5  Matlab仿真与相关程序设计 27

5.1 Matlab遗传算法工具箱 27

5.2  Matlab仿真及程序设计 30

5.2.1  程序设计 30

5.2.2  结果分析 32

6  待解决的问题 35

结  论 36

致  谢 37

参考文献 38

1  引言

1．1  概述

1.1.1  衍射光学元件（DOE）的发展背景

传统的光学元件在成像系统设计时，大多采用折反射原理，为了消除像差和提高成像质量，传统的光学系统往往体积庞大且笨重，与光机电集成一体化的趋势极其不符，而衍射光学元件具有体积小，成本低，衍射效率高等显著优点，因此，从上世纪80年代至今，衍射光学元件的发展突飞猛进，在当初更是被誉为“90年代的光学”，成为光学发展史上的一次技术革新[1,2]。

所谓的衍射光学元件，一般认为，是“基于光的衍射理论，利用计算辅助设计和超大规模集成电路制作工艺，在片基上刻蚀产生两个或多个台阶深度的浮雕结构、形成纯相位、同轴再现、具有极高衍射效率的一类光学元件”。本质上，衍射光学元件是一种对光场进行位相调制，在输出面由于衍射而得到所需光场分布的元件，故也叫位相型全息光学元件。在元件的制作上，由于制作需要，必须对其位相进行量化，因此也叫做二元光学元件（BOE）[3]。文献综述

20世纪80年代中期，二元光学的概念由MIT的林肯实验室首先提出。伴随着微细加工和计算机辅助技术的发展，同时也为了使衍射光学元件获得更高的衍射效率，衍射光学元件由两台阶浮雕结构发展为多台阶浮雕结构，直到现在近似连续分布，期间，总共经历了大概三个阶段[4]：

第一阶段：衍射光学元件的发展主要用于提高传统光学元件的性能，并实现普通光学元件无法实现的光学功能。其中通常是在球面折射透镜的一个面上蚀刻图案，通过折衍复合消色差，以及在较宽波带处消色差。这类元件由于突破了传统光学元件的限制，有着很高的应用性，例如光聚焦校正，光束整形等。

第二阶段：衍射光学元件向着微型化、阵列化的方向发展。其契机主要是由于微光学与微电子的迅猛发展，在这个阶段，衍射光学元件的尺寸由微米量级到毫米量级，其组成的微透镜阵列具有很高的衍射效率。而且，当蚀刻深度超过一定波长数时，阵列可以表现出折射器件的特性。同时，阵列结构灵活，可以实现多种功能，用于光通信，光信息处理等领域。

第三阶段：目前衍射光学元件的发展集中在三维微光学，使其在在成像复杂的光互联的中实现变化和控制。三维微光学可以将光的变换、探测和处理集成在一起，构成多功能的集成化光电处理器。衍射光学元件的发展是建立在衍射理论，微细加工和计算机辅助技术上的，其总体的发展趋势是未来微光学、微电子学和微机械的集成技术和高性能的集成系统。

1.1.2  衍射光学元件的优点及应用论文网

衍射光学元件，即二元光学元件，其优点主要有以下几点[5,6]：

（1）衍射效率高

二元衍射光学元件是一种纯相位光学元件，根据标量衍射理论，相位阶数为L=2N的衍射光学元件其衍射效率为η=sin(N/L)/(N/L)，故2、4、8、16阶相位元件的衍射效率分别为40.5%，81%，95%，98.7%。可以看出，二元光学期间具有很高的衍射效率。