当前激光器输出的光束通常为高斯光束,随着激光技术的发展,高斯光束由于其特殊的能量分布难以满足实际应用要求。采用光束整形技术对高斯光束进行整形处理成为当前研究热点。在众多光束整形技术中,自适应光学的光束整形技术不仅可以实现多种不同形状光斑的整形,而且能校正光束整形系统中的像差。该方法在一定条件下能有效提高光束整形后光斑质量。基于自适应光学的光束整形技术由于具有控制灵活,光能转换效率高等特点,具有重要的发展前景。变形镜作为自适应光学中的核心元件,比较常见的变形镜有静电薄膜变形镜、电磁变形镜、压电堆栈变形镜以及压电片式变形镜。压电变形镜作为变形镜的一种,具有响应速度快,成本低,高损伤阈值等特点在自适应光学中得到广泛应用。本文以环形光束,线聚焦光束、矩形光束、零阶贝塞尔光束和艾里光束为整形目标,采用单压电片变形镜进行光束整形技术研究。具体研究工作如下:(1)基于波前反馈的焦斑整形技术。采用菲涅耳衍射理论与随机并行梯度算法相结合求解出不同形状焦斑所对应的调制相位,控制系统利用波前传感器反馈的波前信息,控制变形镜重构目标光斑对应的调制相位,实现聚焦光斑的整形。实验中采用不同直径(0.32 mm、0.4 mm、0.6 mm)和宽度(0.05 mm、0.08 mm、0.1 mm)环形光斑为目标焦斑,在求得不同尺寸环形光斑所对应的调制相位后,搭建了基于61单元单压电片变形镜的光束整形实验平台,采用CCD相机记录焦平面处的光斑分布情况,结果表明实验生成环形焦斑与目标光斑形状基本一致,实验达到了预期效果。(2)基于无波前反馈的焦斑整形技术。为了更简单有效的实现光束整形实验,搭建了基于无波前反馈的闭环光束整形实验平台,实验中直接采用随机并行梯度下降算法与61单元变形镜相结合,根据实际光斑形状与目标光斑形状的误差自动调节变形镜上各致动器的电压值,实现了将入射高斯光束整形成为不同环形光斑及线聚焦光斑和矩形光斑实验,该系统不局限于环形光斑、线聚焦和矩形光斑的整形,理论上对其他形状光斑整形依然适用。(3)基于单压电片变形镜生成无衍射贝塞尔光束的研究。采用61单元变形镜生成贝塞尔光束的实验。该变形镜不仅可以校正系统的波前像差,系统校正后的残余误差RMS减少到16 nm,而且产生锥形角度可调的高质量锥形波前。同时研究了变形镜重构锥形波前时,锥顶部分为圆弧形状对产生的贝塞尔光束有效传播距离的影响。最后对基于锥角为2 mrad~6 mrad的贝塞尔光束进行了傅里叶变换实验,测得的傅里叶变换平面的焦斑形状与理论结果基本一致。此外,基于变形镜重构生成的发散型和收敛型锥形波前产生的贝塞尔光束通过傅里叶变换后光斑形状环形,且环形光斑的尺寸与锥形角度成线性关系。(4)基于单压电片变形镜生成无衍射艾里光束的研究。艾里光束除了长焦深、自修复特性外,其传播轨迹为曲线、传播过程有自加速等其他的特点,提出一种利用单压电片变形镜生成高质量可调艾里光束的有效方法。实验中采用的32单元单压电片变形镜不仅可以以小于2.5%的误差重构幅值可调立方相位,而且可以校正系统的像差,校正后系统的残余误差RMS为40 nm,实验生成的艾里光束其光斑形状与传播轨迹与理论仿真结果几乎一致。最后通过实验生成不同幅值和旋转角度的立方相位,实验生成艾里光束与理论结果吻合较好,验证了艾里光束的可调性。