The invention provides a free-form lens design method based on genetic algorithm, which is used for designing free-form lens, and realizes the shaping of light intensity spatial distribution, so as to meet the needs of laser shot peening, uniform illumination and so on. The algorithm is convergent and stable, and the free-form surface is smooth and continuous, which is conducive to machining. Moreover, the transmission free-form surface mirror obtained by this method has high optical damage threshold.
【技术实现步骤摘要】
基于基因算法的自由曲面透镜设计方法
本专利技术涉及光学
,特别是涉及一种基于基因算法的自由曲面透镜设计方法。
技术介绍
光束整形是对光束的空间强度分布的调控,在均匀照明、激光加工领域具有广泛的应用空间。光学整形元件的设计方法主要分为两类:一是采用傅里叶光学进行算法设计衍射元件用以光学整形;二是根据入射光束能量分布和目标光束能量分布,按照斯涅耳定律和能量守恒定律计算出光束整形所需要的透射或反射型光学元件的曲面面型。采用迭代优化算法的光学设计思路被大量地研究并用于设计光学衍射元件进行激光脉冲的整形均匀化,例如input-output算法、遗传算法、GS算法,以及这些算法的优化版本。这些算法设计出的衍射元件能很好的满足光学整形的需要,但是其加工精度要求高,受衍射极限限制,并且损伤阈值低(功率大于损伤阈值,则衍射元件容易被损坏,因此,理论上,损伤阈值越大越好),不能应用于高能脉冲激光的整形,限制了这种整形元件的工业应用。而采用斯涅耳定律和能量守恒定律计算曲面面型的方法,设计的光学元件一般为反射型或者透射型的光滑曲面,能够承受较高的激光脉冲能量。但是由于计算中需要解析地获得输出光束和输出光束的能量空间分布,所以该方法不能很好地应用于实际生产中不规则的、不具解析形式的入射光束整形。因此,如何提高光学整形元件的光学损伤阈值,简化加工工艺已成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点,本专利技术的目的在于提供一种基于基因算法的自由曲面透镜设计方法,用于解决现有技术中光学整形元件的光学损伤阈值低,加工工艺复杂等问题。为实现上述目的及其他 ...
【技术保护点】
一种基于基因算法的自由曲面透镜设计方法,其特征在于,所述基于基因算法的自由曲面透镜设计方法基于任意入射强度分布的入射光束,至少包括以下步骤:步骤S1:提供自由曲面透镜位相的父辈解集,所述父辈解集包括一组随机焦距标准透镜的等效相位,所述父辈解集中个体的数量设定为A;步骤S2:从所述父辈解集中任意选取两个个体进行交叉操作,生成新一代种群,所述新一代种群中个体的数量设定为B,其中B>A;步骤S3:计算激光光束经过所述新一代种群中各个体对应的自由曲面透镜的输出光强分布;步骤S4:基于各输出光强分布和目标激光强度分布分别计算所述新一代种群中各个体的适应度,得到各代种群的适应函数;步骤S5:若所述新一代种群中各个体的适应度叠加后得到提升,则选取所述新一代种群中适应度最好的A个个体作为新一代父辈解集,并返回步骤S2进行下一次循环;若所述新一代种群中各个体的适应度叠加后不再提升,则结束循环;步骤S6:循环结束后,以最新一代父辈解集确定自由曲面透镜位相。
【技术特征摘要】
1.一种基于基因算法的自由曲面透镜设计方法,其特征在于,所述基于基因算法的自由曲面透镜设计方法基于任意入射强度分布的入射光束,至少包括以下步骤:步骤S1:提供自由曲面透镜位相的父辈解集,所述父辈解集包括一组随机焦距标准透镜的等效相位,所述父辈解集中个体的数量设定为A;步骤S2:从所述父辈解集中任意选取两个个体进行交叉操作,生成新一代种群,所述新一代种群中个体的数量设定为B,其中B>A;步骤S3:计算激光光束经过所述新一代种群中各个体对应的自由曲面透镜的输出光强分布;步骤S4:基于各输出光强分布和目标激光强度分布分别计算所述新一代种群中各个体的适应度,得到各代种群的适应函数;步骤S5:若所述新一代种群中各个体的适应度叠加后得到提升,则选取所述新一代种群中适应度最好的A个个体作为新一代父辈解集,并返回步骤S2进行下一次循环;若所述新一代种群中各个体的适应度叠加后不再提升,则结束循环;步骤S6:循环结束后,以最新一代父辈解集确定自由曲面透镜位相。2.根据权利要求1所述的基于基因算法的自由曲面透镜设计方法,其特征在于:在步骤S1中,所述父辈解集为多项式分布的连续函数。3.根据权利要求1所述的基于基因算法的自由曲面透镜设计方法,其特征在于:步骤S2中,所述父辈解集中两个个体采用线性交叉操作或非线性交叉操作得到所述新一代种群。4.根据权利要求1或3所述的基于基因算法的自由曲面透镜设计方法,其特征在于:所述交叉操作满足如下关系式:其中,为第n代种群;及为从所述父辈解集中随机选出的两个个体;fn(...
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