2μm波段掺铥光纤激光器的应用前景覆盖工业加工、红外制导、激光医疗、国防军事装备以及光通信等各大领域,尤其是有关2μm波段铥激光手术刀的研制发展,对其光束质量更高水平的要求使得有必要研究针对高斯光束的平顶化技术。本文基于衍射光学元件(Diffractive Optical Element,简称DOE)研究可用于2μm波段掺铥光纤激光器的高斯光束平顶化技术。通过研究分析现阶段衍射光学元件的设计理论依据及基于标量衍射理论的基础优化设计算法等内容,本文决定采用改进AFSA算法来设计衍射光学元件。最后,基于光学仿真软件ZEMAX设计出可用于高斯光束平顶化的DOE元件面型,并加工成型结合误差分析进行光学系统实验验证。本文完成主要工作如下:1.研究介绍2μm波段掺铥光纤激光器的特点及优势,典型高斯光束平顶化技术以及有关衍射光学元件相关知识。接着研究基于标量衍射理论设计可用于高斯光束平顶化的衍射光学元件面型,并对现有的基于标量衍射理论的多种衍射光学元件基础优化设计算法进行分析,介绍这些算法的优点以及现有的缺点和局限性。2.采用基于体能变换模型改进的人工鱼群算法(Artificial Fish-Swarm Algorithm,简称AFSA算法)设计用于2μm波段高斯光束平顶化的衍射光学元件,其高斯光束平顶化结果为2.1%均方误差值以及93.6%的衍射效率,并与基于盖世伯格——萨克斯通算法(Gerchberg-Saxton,简称G-S算法)和模拟退火算法(Simulated Annealing,简称SA算法)的优化设计结果作比较。通过MATLAB软件仿真分析表明改进AFSA算法要明显优于其余两者,证明了改进AFSA算法的能更为有效的设计可用于2μm波段高斯光束平顶化的衍射光学元件。3.利用光学仿真软件ZEMAX设计衍射光学元件,并编写ZPL宏命令以实现软件自动优化,成功设计出可用于2μm波段掺铥光纤激光器的高斯光束平顶化的衍射光学元件,并得到该元件表面的实际相位分布。进一步的,本文将衍射光学元件加工成型并结合误差分析进行实验性能验证。