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