[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于模擬退火法的軟邊光闌整形相位優(yōu)化方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110851520.3
• 申請(qǐng)日: 2021-07-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113485011B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-03-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 姚明亮
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 南通智能感知研究院
• 主分類(lèi)號(hào): G02B27/00
• 分類(lèi)號(hào): G02B27/00
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明提供了一種基于模擬退火法的軟邊光闌整形相位優(yōu)化方法，包括以下步驟：根據(jù)公式，確定軟邊光闌復(fù)振幅透射率分布；通過(guò)誤差擴(kuò)散法，確定軟邊光闌振幅值分布；通過(guò)雙相位編碼方法將振幅型軟邊光闌轉(zhuǎn)化為相位型軟邊光闌；將通過(guò)雙相位編碼方法得到的相位分布作為模擬退火法的初始解，根據(jù)評(píng)價(jià)函數(shù)，以相傳遞面和光束傳播一定距離的離焦面為優(yōu)化目標(biāo)，不斷迭代得到所枚舉權(quán)重因子下的最優(yōu)解；更改權(quán)重因子，重復(fù)上一步驟，得到不同權(quán)重因子下的最優(yōu)解；比較不同權(quán)重因子下的最優(yōu)解，輸出評(píng)價(jià)函數(shù)最小時(shí)對(duì)應(yīng)權(quán)重因子下的最優(yōu)解，得到軟邊光闌的最優(yōu)相位值分布。本發(fā)明提供的方法可有效降低光束在傳播過(guò)程中的衍射調(diào)制，提高光束分布的均勻性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明創(chuàng)造涉及光學(xué)元器件領(lǐng)域，具體涉及一種光闌，特別涉及一種基于模擬退火法的軟邊光闌整形相位優(yōu)化方法。

背景技術(shù)

為了實(shí)現(xiàn)慣性約束聚變（ICF），需要將高功率激光器中前端輸出的激光光束不停地傳輸、放大以達(dá)到能量要求。當(dāng)光束在空間強(qiáng)度分布上存在擾動(dòng)時(shí)，受到非線(xiàn)性的影響，會(huì)在介質(zhì)中形成一個(gè)相位光柵，導(dǎo)致微擾光束能量大幅度增加，從而發(fā)生小尺度自聚焦現(xiàn)象，會(huì)引起光學(xué)材料的破壞，這種現(xiàn)象已經(jīng)成為目前高功率激光系統(tǒng)正常穩(wěn)定運(yùn)行的主要限制條件之一。為了盡可能降低小尺度自聚焦發(fā)生可能性，要求光束在傳輸過(guò)程中的光束強(qiáng)度的擾動(dòng)盡可能的小，就需要盡可能去抑制保證光束在傳輸過(guò)程中由于菲涅爾衍射所帶來(lái)的強(qiáng)度不均勻的現(xiàn)象，現(xiàn)有技術(shù)采用軟邊光闌截趾可有效獲取超高斯光束，但振幅型軟邊光闌閾值損傷較低難以突破、整形精度不高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種關(guān)于軟邊光闌的設(shè)計(jì)優(yōu)化方法，通過(guò)誤差擴(kuò)散法和模擬退火法的結(jié)合對(duì)軟邊光闌進(jìn)行多目標(biāo)面整形精度優(yōu)化，以試圖解決軟邊光闌整形精度低的問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于模擬退火法的軟邊光闌整形相位優(yōu)化方法，包括以下步驟：

S1、根據(jù)以下公式，確定軟邊光闌復(fù)振幅透射率分布：

式中，t(x,y)表示復(fù)振幅透射率分布，w₀表示超高斯軟邊光闌的束腰半徑，n表示超高斯階數(shù)；

S2、通過(guò)誤差擴(kuò)散法，確定軟邊光闌振幅值分布；

S3、通過(guò)雙相位編碼方法將振幅型軟邊光闌轉(zhuǎn)化為相位型軟邊光闌；

S4、將通過(guò)雙相位編碼方法得到的相位分布作為模擬退火法的初始解，根據(jù)評(píng)價(jià)函數(shù)，以相傳遞面和光束傳播一定距離的離焦面為優(yōu)化目標(biāo)，不斷迭代得到所枚舉權(quán)重因子下的最優(yōu)解；

S5、更改權(quán)重因子，重復(fù)步驟S4，得到不同權(quán)重因子下的最優(yōu)解；

S6、比較不同權(quán)重因子下的最優(yōu)解，輸出評(píng)價(jià)函數(shù)值最小時(shí)對(duì)應(yīng)權(quán)重因子下的最優(yōu)解，得到軟邊光闌的最優(yōu)相位值分布。

進(jìn)一步的，所述步驟S1中的超高斯階數(shù)n選取10~30之間的任意一整數(shù)。

進(jìn)一步的，所述步驟S4中的評(píng)價(jià)函數(shù)形式為：

式中，ω₁、ω₂為權(quán)重因子，且滿(mǎn)足ω₁+ω₂=1；ε_rms(i₁)為相傳遞面均方根函數(shù)；ε_rms(i₂)為離焦面均方根函數(shù)。

進(jìn)一步的，所述均方根函數(shù)形式為：

式中，I_i(x,y)表示第i個(gè)菲涅爾數(shù)位置處光強(qiáng)分布，I(x,y)表示理想光強(qiáng)分布。