众所周知,激光束的振幅在横向呈高斯分布,能量并非均匀分布,而当今,能量均匀分布的激光束却越来越得到重视,人类对光束质量的要求也越来越高。将高斯光束整形成能量均匀分布的平顶光束受到了科学界的重视。由于二元光学元件本身的微小、列阵、集成等优点成了目前国际光学用于激光波前整形的一个热点。利用二元光学元件进行激光波前整形的原理是基于光波的衍射理论,利用计算机辅助设计,用超大规模集成电路制作工艺,在光学器件表面刻蚀产生两个或多个台阶深度的浮雕结构来取代连续浮雕结构,从而能够将二元光学元件投入加工。与经典光学相比,二元光学元件能在光波入射时调制光波波前,改变其相位,从而在输出面得到所需要的光场分布。本论文从理论分析、计算机仿真和元件结构设计三个方面对利用二元光学元件实现激光波前整形的设计进行了初步的研究,本文主要完成以下工作:首先,介绍了当前实现激光波前整形的现状和各种方法,对其进行比较,选择利用二元光学元件实现激光波前整形,接着介绍二元光学元件的产生、发展、整形原理。随后论述了设计二元光学衍射相位函数的几种常用方法,包括G-S算法、杨-顾算法、模拟退火算法、遗传算法等,最后对比这些算法,根据它们自身的优缺点选择利用G-S算法求解二元光学元件的相位。其次,分析并讨论了在菲涅耳和夫琅和费衍射条件下入射高斯光束的参数优化,并将优化后的参数用到输入高斯光束中,利用G-S算法,来实现激光波前整形,完成了二元光学元件的相位函数程序的编写。利用计算机仿真,对所得到的相位函数进行验证,比较分析实际输出光强和理想光强的差别、衍射效率、均方误差和最大偏差。将求得的二元光学元件相位函数进行处理,得到了相应的表达式。最后,编写了二元光学元件表面结构设计程序,利用Zemax光学设计软件的外部接口功能,调用c++图像显示程序,得到了与相位函数相对应的二元光学元件表面结构。对于所得到的表面结构,利用Zemax中的相关功能进行性能检验,验证了所设计的二元光学元件的正确性。最后对二元光学元件的加工方法以及精度进行展望和讨论。本论文探讨了实现激光束波前整形的设计方法,完成了利用二元光学元件实现整形研究中的基础性工作。论文所做的理论分析、计算机仿真和相应的元件结构设计为今后激光波前整形的进一步深入研究提供了有益的帮助和借鉴。