[发明专利]一种基于模拟退火法的软边光阑整形相位优化方法

说明书

本发明提供了一种基于模拟退火法的软边光阑整形相位优化方法，包括以下步骤：根据公式，确定软边光阑复振幅透射率分布；通过误差扩散法，确定软边光阑振幅值分布；通过双相位编码方法将振幅型软边光阑转化为相位型软边光阑；将通过双相位编码方法得到的相位分布作为模拟退火法的初始解，根据评价函数，以相传递面和光束传播一定距离的离焦面为优化目标，不断迭代得到所枚举权重因子下的最优解；更改权重因子，重复上一步骤，得到不同权重因子下的最优解；比较不同权重因子下的最优解，输出评价函数最小时对应权重因子下的最优解，得到软边光阑的最优相位值分布。本发明提供的方法可有效降低光束在传播过程中的衍射调制，提高光束分布的均匀性。

技术领域

本发明创造涉及光学元器件领域，具体涉及一种光阑，特别涉及一种基于模拟退火法的软边光阑整形相位优化方法。

背景技术

为了实现惯性约束聚变（ICF），需要将高功率激光器中前端输出的激光光束不停地传输、放大以达到能量要求。当光束在空间强度分布上存在扰动时，受到非线性的影响，会在介质中形成一个相位光栅，导致微扰光束能量大幅度增加，从而发生小尺度自聚焦现象，会引起光学材料的破坏，这种现象已经成为目前高功率激光系统正常稳定运行的主要限制条件之一。为了尽可能降低小尺度自聚焦发生可能性，要求光束在传输过程中的光束强度的扰动尽可能的小，就需要尽可能去抑制保证光束在传输过程中由于菲涅尔衍射所带来的强度不均匀的现象，现有技术采用软边光阑截趾可有效获取超高斯光束，但振幅型软边光阑阈值损伤较低难以突破、整形精度不高。

发明内容

本发明提供了一种关于软边光阑的设计优化方法，通过误差扩散法和模拟退火法的结合对软边光阑进行多目标面整形精度优化，以试图解决软边光阑整形精度低的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于模拟退火法的软边光阑整形相位优化方法，包括以下步骤：

S1、根据以下公式，确定软边光阑复振幅透射率分布：

式中，t(x,y)表示复振幅透射率分布，w₀表示超高斯软边光阑的束腰半径，n表示超高斯阶数；

S2、通过误差扩散法，确定软边光阑振幅值分布；

S3、通过双相位编码方法将振幅型软边光阑转化为相位型软边光阑；

S4、将通过双相位编码方法得到的相位分布作为模拟退火法的初始解，根据评价函数，以相传递面和光束传播一定距离的离焦面为优化目标，不断迭代得到所枚举权重因子下的最优解；

S5、更改权重因子，重复步骤S4，得到不同权重因子下的最优解；

S6、比较不同权重因子下的最优解，输出评价函数值最小时对应权重因子下的最优解，得到软边光阑的最优相位值分布。

进一步的，所述步骤S1中的超高斯阶数n选取10~30之间的任意一整数。

进一步的，所述步骤S4中的评价函数形式为：

式中，ω₁、ω₂为权重因子，且满足ω₁+ω₂=1；ε_rms(i₁)为相传递面均方根函数；ε_rms(i₂)为离焦面均方根函数。

进一步的，所述均方根函数形式为：

式中，I_i(x,y)表示第i个菲涅尔数位置处光强分布，I(x,y)表示理想光强分布。