提出了一种设计激光光束整形系统的新方法——粒子群优化算法。根据能量守恒定律, 推导出光束整形系统中任意光线与入射面和出射面交点坐标之间的变换关系, 并把用此变换关系得到的光线与出射面的交点坐标作为目标值。把追迹光线在输出面上的交点坐标与目标值差的绝对值作为光束整形系统的能量分布变换评价函数, 把出射光线方向矢量的y分量绝对值作为准直评价函数, 并将能量分布变换评价函数与准直评价函数的和作为光束整形变换系统的总评价函数, 依此函数作为粒子群算法中的适应度函数, 对适应度函数进行极小值操作, 便可得到了一个既能把光强高斯分布转换为光强均匀分布, 又能近似实现光束重新准直的非球面整形透镜系统。用这种方法设计了一个单非球面凹平透镜, 可以把光强高斯分布、光斑半径30 mm的红光激光光束整形为光强均匀分布、光斑半径为36 mm的平顶光束, 且准直出射。证明这种设计方法简单有效。

由于很多实际应用中需要光斑环形分布, 因此太赫兹高斯光束整形环形光束的研究具有重要的理论和应用价值。文中利用GS算法设计相位板, 将太赫兹波段的高斯光束整形为环形光束。讨论了刻蚀台阶数量对该波段相位板整形结果的影响。对不同传输距离进行了仿真计算, 并在实验中将热释电相机PyrocamⅢ作为实验中的探测器对不同传输距离进行了实验。实验结果表明, 实验结果与仿真计算结果接近。