基于自动微分和自由曲面技术的衍射光学元件设计方法技术

技术编号:43981372 阅读:16 留言:0更新日期:2025-01-10 20:06
基于自动微分和自由曲面技术的衍射光学元件设计方法,属于光学设计领域。本发明专利技术实现方法为:将衍射光学元件所对应的相位分布表达为多层局域自由曲面的叠加;通过标量衍射理论计算输入光场经过衍射光学元件调制后传播至目标平面上的强度分布;结合自动微分和多尺度优化策略,采用梯度下降方法优化相位分布。通过将衍射光学元件的相位分布用连续光滑的自由曲面表示,保证优化过程中相位表面始终是连续光滑,在优化过程进一步约束曲面的曲率分布,降低衍射光学元件的加工难度;优化过程中避免随机相位和相位奇点的出现,抑制散斑噪声;采用多层局域自由曲面的叠加表征相位分布,搭配多尺度优化策略,能摆脱对初始相位的依赖,保证迭代的收敛性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光学设计领域,具体涉及一种基于自动微分和自由曲面的衍射光学元件设计方法。


技术介绍

1、激光光束整形作为激光加工技术的关键环节,通过精确调控激光光束的空间分布特性,可有效提升激光增材制造、激光焊接、晶圆激光退火等先进激光加工技术的精度和速度,为现代制造业的高质量、高效率生产提供有力支持。衍射光学元件(doe)作为激光光束整形的关键利器,展现出展现出巨大的技术力量。

2、然而,传统的面向光束整形的doe设计方法,如迭代傅里叶变换方法(包括gerchberg-saxton算法及其改进算法)和模拟退火算法,均存在一定的局限性。迭代傅里叶变换算法易于陷入局部最优解,且其效果高度依赖于初始相位的选择;而模拟退火算法虽然能够找到更好的全局最优解,但其计算过程耗时较长,效率低下。更为关键的是,这些传统算法设计得到的相位分布往往是无序的,不仅增加了doe的加工难度,而且随机相位中存在的相位奇点还会引发散斑噪声,进而显著影响目标面上的光束整形性能。

3、为了克服这些挑战,一种结合几何光学和迭代傅里叶变换算法的复合设计方法应运而生,如文献本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.基于自动微分和自由曲面技术的衍射光学元件设计方法,其特征在于:包括以下步骤,

2.如权利要求1所述的基于自动微分和自由曲面技术的衍射光学元件设计方法,其特征在于:所述步骤一中,fi,j(x,y;σnp,i,j)基函数具体形式为高斯径向基函数或B-spline函数。

3.如权利要求1所述的基于自动微分和自由曲面技术的衍射光学元件设计方法,其特征在于,所述步骤二中,np|p=1=5、mp|p=1=5。

4.如权利要求1所述的基于自动微分和自由曲面技术的衍射光学元件设计方法,其特征在于:所述步骤三中标量衍射理论包括角谱计算方法、瑞利索末菲卷积计算方法、菲...

【技术特征摘要】

1.基于自动微分和自由曲面技术的衍射光学元件设计方法,其特征在于:包括以下步骤,

2.如权利要求1所述的基于自动微分和自由曲面技术的衍射光学元件设计方法,其特征在于:所述步骤一中,fi,j(x,y;σnp,i,j)基函数具体形式为高斯径向基函数或b-spline函数。

3.如权利要求1所述的基于自动微分和自由曲面技术的衍射光学元件设计方法,其特征在于,所述步骤二中,np|p=1=5、mp|p=1=5。

4.如权利要求1所述的基于自动微分和自由曲面技术的衍射光学元件设计方法,其特征在于:所述步骤三中标量衍射理论包括角谱计算方法、瑞利索末菲卷积计算方法、菲涅尔衍射计算方法和夫琅和费衍射计算方法。

5.如权利要求1所述的基于自动微分和自由曲面技术的衍射光学元件设计方法,其特征在于,所述步骤四中损失函数包括均方根偏差和相对均方根偏差。

6.如权利要求1所述的基于自动微分和自由曲面技术的衍射光学元件设计方法,其特征在于,所述步骤五中基于微分的优化器包括随机梯度下降...

【专利技术属性】
技术研发人员:冯泽心罗毅廖清明
申请(专利权)人:北京理工大学
类型:发明
国别省市:

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