[发明专利]一种激光谐振腔的粒子群设计方法

权利要求书

1.一种激光谐振腔的粒子群设计方法，可用于两个以及多个腔镜构成的往返驻波谐振腔以及单向行波谐振腔的智能化设计，其特征在于包含下述步骤：

(1)将待优化的谐振腔参数，包括腔镜反射面的曲率半径R₁,R₂,...R_M，相邻光学元件距离l₁,l₂,...l_N，以及腔镜折叠角度θ₁,θ₂,...θ_Q的组合[R₁,R₂,...R_M,l₁,l₂,...l_N,θ₁,θ₂,...θ_Q]作为粒子群算法中每一个粒子的位置矢量，其中M为待优化腔镜个数，N为待优化距离参数个数，Q为待优化折叠角度个数；

(2)对于驻波腔，根据传输矩阵法计算谐振腔内各点在弦切面和弧矢面内的往返矩阵和对于行波腔，根据传输矩阵法计算谐振腔内各点在弦切面和弧矢面内的单程矩阵和然后计算谐振腔在弦切面和弧矢面内的稳定性判据因子和激光晶体中心处的光斑半径ω_cry,tan和ω_cry,sag、输出镜处的光斑半径ω_out,tan和ω_out,sag；

(3)根据谐振腔稳定性判据和光斑大小目标值，确定谐振腔的评价函数F：

其中，ω_goal@cry,tan和ω_goal@out,tan表示弦切面内晶体中心处和输出腔镜处光斑大小的目标值；ω_goal@cry,sag和ω_goal@out,sag表示弧矢面内晶体中心处和输出腔镜处光斑大小的目标值；

(4)评价函数F与谐振腔具体结构参数[R₁,R₂,...R_M,l₁,l₂,...l_N,θ₁,θ₂,...θ_Q]之间存在确定的函数关系，把评价函数F作为粒子群算法中的适应度函数，对其进行极小值操作，可以得到使适应度函数极小的结构参数组合[R₁,R₂,...R_M,l₁,l₂,...l_N,θ₁,θ₂,...θ_Q]，这就是要设计的谐振腔参数。

2.根据权利要求1所述的一种激光谐振腔的粒子群设计方法，其特征在于所述步骤(2)包括下述步骤：

(1)根据矩阵光学，曲率半径为R、光线折叠角度为θ的腔镜在弦切面内的反射矩阵为在弧矢面内的反射矩阵为从空气中进入折射率为n的激光晶体的折射矩阵为从折射率为n的激光晶体进入空气的折射矩阵为光线经过距离l的传输矩阵为在谐振腔的弧矢面和弦切面内，对于驻波腔，以激光晶体中心为起始点，按光线往返传输顺序依次写出各个矩阵并取其点乘，矩阵点乘结果为和以输出腔镜为起始点，按光线往返传输顺序依次写出各个矩阵并取其点乘，矩阵点乘结果为和

(2)对于行波腔，以激光晶体中心为起始点，按光线单程传输顺序依次写出各个矩阵并取其点乘，矩阵点乘结果为和以输出腔镜为起始点，按光线单程传输顺序依次写出各个矩阵并取其点乘，矩阵点乘结果为和

(3)计算弦切面和弧矢面内的稳定性判据因子，分别为和

(4)计算晶体中心处在弦切面和弧矢面内的光斑半径大小，分别为和计算输出腔镜处在弦切面和弧矢面内的光斑半径大小，分别为和