针对目前激光分束器只能产生小发散角的问题, 基于严格的非傍轴近似的衍射积分公式, 提出了一种大发散角分束器的设计方法.先对目标光场分布进行坐标和光强修整, 再利用改进的Gerchberg-Saxton迭代算法得到所需分束器的相位分布.分别采用本文设计方法和原有方法设计了发散全角为40°×40°的5×5分束器, 仿真和实验结果表明: 原有方法设计得到的5×5子光束存在着显著的枕形畸变, 并且光强分布不均匀.而本文方法设计得到的子光束呈均匀等间隔排列, 并且强度分布更为均匀.

分束角度是衍射型激光分束器件重要性能指标之一。目前对大角度衍射分束元件的研究局限于Dammann光栅，Dammann光栅依靠周期内相位突变点对入射光波进行调制，其分束均匀性对突变点精度非常敏感，现有加工技术无法满足设计精度的要求。针对这一问题，提出利用亚波长多台阶结构来实现大角度的激光分束，给出了一个1×16，入射光波长1.55 μm，衍射角29°的16台阶亚波长分束光栅设计实例。设计时利用标量理论获得一个多台阶结构作为初值，经严格耦合波理论结合遗传算法进行矢量优化后衍射效率达到89%，均匀性误差为4.53%。结果表明，亚波长多台阶结构能够实现大角度、高衍射效率以及高均匀性的激光分束。