一种高斯光束变换为平顶光束整形透镜的粒子群设计方法与流程

技术特征：

1.一种高斯光束变换为平顶光束整形透镜的粒子群设计方法，整形透镜前表面为非球面，后表面为平面，非球面方程为

上式中是非球面任一点离轴高度，C为非球面顶点曲率，为二次曲面系数， 为非球面形变系数，其特征在于包含下述步骤：

（1） 透镜前表面的非球面参数,及透镜前后表面顶点距离d₁、后表面顶点到输出面的距离d₂作为粒子群算法中每一粒子位置矢量的分量；位置矢量每一分量的取值范围根据入射高斯光束半径确定，要使非球面的最大离轴高度大于入射高斯光束半径；

（2）把平行入射高斯光束离散为光线，取其中N条光线入射到光束整形透镜上，第i条入射光线入射高为，令

和分别是入射高的最大值和最小值，N大于100；

（3）假定输入光束在二维平面上的光强分布为，I₀为光束中心光强，y为光束内任一点到光束中心的距离，I（y）为y处的光强，y₀为光强下降到中心值的1/e²处定义的光斑半径；常数H是输出光束为平顶光束的光强分布值，由输入面上输入光线与光轴所包围的能量与输出面上输出光线与光轴所包围的能量守恒，得到出射光线与输出面的交点坐标理论值R_it：

其中，erf是matlab中的erf函数；

（4）假定第i条光线经光束整形透镜后，其出射光线与输出面的实际交点坐标值为R_ia，而按高斯光束变换为平顶光束的交点坐标理论值是R_it，则光束整形透镜的评价函数F写为

其中，为第i条光线的权重因子；

（5）评价函数与透镜结构参数是一种隐形函数关系，把评价函数作为粒子群算法中的适应度函数，对此函数进行极小值操作，可以得到使适应度函数极小的结构参数，这就是要设计的高斯光束变换为平顶光束的整形透镜参数。

2.根据权利要求1的一种高斯光束变换为平顶光束整形透镜的粒子群设计方法，其特征在于所述步骤（3）包括下述步骤：

（a） 第i条入射光线与光轴所包围的能量：，由matlab中的定义，求得；

（b）输出光束是光强H均匀分布的平顶光束，第i条输出光线与光轴所包围的能量： B=HR_it

（c）由能量守恒A=B，得到。

3.根据权利要求1的一种高斯光束变换为平顶光束整形透镜的粒子群设计方法，其特征在于所述步骤（4）包括下述步骤：

（a）令整形透镜关于x轴旋转对称，又假定高斯光束的入射光线平行于x轴，其单位矢量为，入射光线上一点为P_i1(x_i1, y_i1,0)，根据折射定律和前后两个折射面的面型方程，由已知量和P_i1可以求出射光线与输出面的实际交点坐标P_i3(x_i3, y_i3,0)，P_i3是透镜结构参数 的函数；

（b）P_i1(x_i1, y_i1,0) 中的y_i1就是第i条入射光线入射高ξ_i，由ξ_i求得评价函数F中的R_it；

（c）P_i3(x_i3, y_i3,0)中y_i3就是评价函数F中的R_ia；

（d）由R_ia和R_it求得评价函数F。