[發明專利]焦斑全頻分段控制的連續相位板設計方法

有效

• 申請號: 201810084434.2
• 申請日: 2018-01-29
• 公開（公告）號: CN110095864B
• 公開（公告）日: 2020-06-30
• 發明（設計）人: 周申蕾;朱應成;張軍勇;鄔融
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: G02B27/00
• 分類號: G02B27/00;G02B5/30
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

本發明公開了一種焦斑全頻分段控制的連續相位板設計方法，步驟為：(1)設定激光器波長、近場輸入分布、成像焦距和遠場目標分布；(2)確定連續相位板尺寸；(3)確定加工工藝限制，設計相應的濾波器；(4)根據步驟(1)設計連續相位板的初始相位分布；(5)根據步驟(1)設計相應頻譜控制函數；(6)利用傅里葉變換關系得到當前相位板分布下的遠場分布并計算焦斑頂部光強均方根誤差；(7)對遠場分布進行空間頻譜控制；(8)利用傅里葉逆變換得到輸入面的分布；(9)重復步驟(6)至(8)，達到設計目標，設計完成。本發明實現了連續相位板的高效率設計，改善設計可能陷入局部最優的缺陷；對于任意形狀焦斑的設計也有很好的應用。

技術領域

本發明涉及連續相位板技術領域，特別涉及一種焦斑全頻分段控制的連續相位板設計方法，該方法可提高設計效率，改善設計可能陷入局部最優的缺陷；并用于任意形狀焦斑的設計。

背景技術

慣性約束聚變(ICF)的研究對靶面激光焦斑的光強均勻性、能量集中度等焦斑特性都提出了很高的要求：直接驅動下的光強不均勻性要求達到1％～2％，能量利用率要求大于90％；間接驅動的不均勻性要求雖可以降低至5％～10％，但能量利用率需大于95％，而且要求旁瓣非常小。因此國內外學者對光束勻滑技術展開了廣泛的研究，其中連續相位板(CPP)由于其焦斑形態易于控制、能量利用率高等優點而被認為是光束勻滑技術中最可行的解決方案之一。

目前，連續相位板的設計方法包括常規的蓋斯貝格-撒克斯通(G-S)算法、楊顧(Y-G)算法、模擬退火(SA)算法、遺傳算法(GA)等設計方法。G-S和Y-G算法原理簡單、計算效率較高，但對初始條件和參量敏感，容易陷入局部最優；SA和GA算法都是全局搜索算法，但計算效率非常低。

基于以上現狀，本發明提出一種焦斑全頻分段控制的連續相位板設計方法，能夠實現有效控制低頻段、抑制中頻段、放寬高頻段的目標，既可提高計算效率，又可改善可能陷入局部最優的缺陷。

發明內容

針對上述問題，本發明提供了一種焦斑全頻分段控制的連續相位板設計方法。

本發明技術解決方案包括以下步驟：

1)設定激光的波長λ、近場輸入分布E_in、確定焦距f、遠場目標分布E_obj；

2)確定正方形連續相位板的邊長L；

3)設定焦斑頂部光強的均方根誤差σ_RMS所要達到的閾值；

4)根據工藝周期限制，設計限制相位周期的低通高斯濾波器，函數表達式如式(1)所示：

為近場波矢，為相位板的最小單元頻率，n為超高斯階次，為近場頻域坐標；

5)根據近場輸入分布E_in和遠場目標分布E_obj，獲得連續相位板的初始分布Φ₀，該

部分保留了目標焦斑空間頻譜的大部分低頻相位信息，過程如式(2)所示：

C為常數因子，Φ(x_ff，y_ff)為[-π，π]的隨機遠場相位分布，表示傅里葉算符，其中為遠場波矢，為初始相位的低頻截止頻率，為遠場頻域坐標，得到的Φ₀作為步驟7中的相位板分布φ_cpp；

6)根據目標焦斑的頻譜分布，設計控制焦斑頻譜的帶阻濾波器，如式(3)所示：

分別為控制焦斑頻譜的高低截止頻率，n為超高斯階次；