基于MATLAB优化的多焦点相位

1、概要

目前智能手机的显示屏得益于机械或化学性能的稳定，让这些手机非常耐用，显示屏具有足够硬度使其可以承受住很大的压力，甚至多年使用下来都没有磨损迹象。

但是另一方面，材料的硬度通常伴随着脆性，手机的屏幕玻璃在加工过程可能受到断裂的风险。

激光作为“纳米锯”是切割玻璃的既定工具，可以减少玻璃材料发生断裂的风险，但是激光经过聚焦镜后只会产生一个焦点，并且这个焦点的有效距离只有几微米，面对几百微米甚至几厘米的厚度的玻璃材料的切割是毫无用处的，在此基础上，将利用空间光调制器对光束进行相位调制，使其在玻璃内部任意排列几十个焦点，可以将玻璃边缘切割成倒角、半圆或者多台阶。

图1 边缘切割方式

2、优化仿真

目前的论文和专利存在的GS优化算法的研究范围都在X-Y面上的光场优化，无法对X-Z上的光场进行优化。在此基础上，编写了改进GS算法对X-Z面上的光场进行优化。

该GS算法分为三个部分：

1）X-Z面的光场传输算法

2）X-Z面的逆光场传输算法

3）改进GS算法

具体流程如图2所示。

图2 GS算法流程图

2.1 X-Z光场传输算法

基于积分公式，创新了X-Z光场传输算法，可以给出二维相位经过聚焦镜后的X-Z面的光场分布，如图3和图4所示，为单焦点和双焦点的X-Z面的光场分布。

图3 单焦点光场分布

图4 双焦点光场分布

2.2 改进GS算法

根据X-Z面的光场分布，创新编写X-Z面的逆光场算法，将X-Z面的光场分布经过逆傅里叶变化转化为X-Y面的二维相位，基于此，改进GS算法便可以运行。

基于改进GS算法进行优化，得到23个多焦点分布，其非均匀性为3.36%。

图5 多焦点光场分布

图6 多焦点能量分布

3 总结

基于MATLAB编写的改进GS算法，可以优化出任意分布的多焦点，其非均匀性达到5%以下。

来源：320科技工作室