4-15  新型衍射光学聚焦透镜元件设计

王成程  袁  静  马  驰  魏晓峰

近年来，随着衍射光学技术的发展和应用，利用衍射光栅进行光束的谐波分离成为各国研究的新热点。我们基于傅里叶模矢量衍射理论方法设计了一种聚焦透射光栅(FTG)元件，它需要3种光学元件(谐波分离光栅、光束取样光栅及聚焦透镜)将实现的功能集成于一体。FTG的结构类似于离轴的菲涅尔波带片，它能将入射的平面波聚焦到一点。由于FTG针对三倍频光设计，只有三倍频光通过它后会聚焦到一点，而基频和二倍频光将直接通过，从而同时实现谐波分离及聚焦功能，而利用反射光即可实现对三倍频光的取样，原理见图1。

针对原型装置终端光学组件谐波分离元件设计要求：光束波长l=1.053 ，0.532 ，0.351 mm；光束口径为f300 mm×300 mm；焦距F=2 200 mm；入射到光栅表面的入射光与出射光夹角为45°；光束偏振态为TM波；三倍频光束衍射效率大于90%，利用自己开发的计算程序对元件的性能参数进行优化设计，结合衍射效率随光栅槽深以及占宽比的变化关系图，获得了聚焦透射光栅(FTG)的最佳结构设计：光栅槽深0.825 mm，占宽比0.30，周期量级400~500 nm。