[发明专利]一种激光谐振腔的粒子群设计方法

摘要

本发明公开了一种高效率、智能化设计激光谐振腔的方法——粒子群优化算法。根据谐振腔的矩阵理论，将弦切面和弧矢面内的稳定性判据因子以及腔内特殊位置处的光斑半径大小设置为激光谐振腔的评价函数，把此评价函数作为粒子群优化算法中的适应度函数，使谐振腔的结构参数与粒子群算法中适应度函数联系起来，提出了用粒子群算法设计激光谐振腔的方法，并编程实现了这种设计方法，使激光谐振腔的设计智能化。本发明还公开了利用粒子群优化算法设计谐振腔的两个实例：7参数优化的驻波锁模腔和5参数优化的行波同步泵浦光参量振荡腔。

主权项

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(M为待优化腔镜个数)，相邻光学元件距离(N为待优化距离参数个数)，以及腔镜折叠角度(Q为待优化折叠角度个数)的组合作为粒子群算法中每一个粒子的位置矢量；(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和、输出镜处的光斑半径和；(3) 根据谐振腔稳定性判据和光斑大小目标值，确定谐振腔的的评价函数F：其中，和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；和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，这就是要设计的谐振腔参数。