[发明专利]焦斑全频分段控制的连续相位板设计方法

说明书

本发明公开了一种焦斑全频分段控制的连续相位板设计方法，步骤为：(1)设定激光器波长、近场输入分布、成像焦距和远场目标分布；(2)确定连续相位板尺寸；(3)确定加工工艺限制，设计相应的滤波器；(4)根据步骤(1)设计连续相位板的初始相位分布；(5)根据步骤(1)设计相应频谱控制函数；(6)利用傅里叶变换关系得到当前相位板分布下的远场分布并计算焦斑顶部光强均方根误差；(7)对远场分布进行空间频谱控制；(8)利用傅里叶逆变换得到输入面的分布；(9)重复步骤(6)至(8)，达到设计目标，设计完成。本发明实现了连续相位板的高效率设计，改善设计可能陷入局部最优的缺陷；对于任意形状焦斑的设计也有很好的应用。

技术领域

本发明涉及连续相位板技术领域，特别涉及一种焦斑全频分段控制的连续相位板设计方法，该方法可提高设计效率，改善设计可能陷入局部最优的缺陷；并用于任意形状焦斑的设计。

背景技术

惯性约束聚变(ICF)的研究对靶面激光焦斑的光强均匀性、能量集中度等焦斑特性都提出了很高的要求：直接驱动下的光强不均匀性要求达到1％～2％，能量利用率要求大于90％；间接驱动的不均匀性要求虽可以降低至5％～10％，但能量利用率需大于95％，而且要求旁瓣非常小。因此国内外学者对光束匀滑技术展开了广泛的研究，其中连续相位板(CPP)由于其焦斑形态易于控制、能量利用率高等优点而被认为是光束匀滑技术中最可行的解决方案之一。

目前，连续相位板的设计方法包括常规的盖斯贝格-撒克斯通(G-S)算法、杨顾(Y-G)算法、模拟退火(SA)算法、遗传算法(GA)等设计方法。G-S和Y-G算法原理简单、计算效率较高，但对初始条件和参量敏感，容易陷入局部最优；SA和GA算法都是全局搜索算法，但计算效率非常低。

基于以上现状，本发明提出一种焦斑全频分段控制的连续相位板设计方法，能够实现有效控制低频段、抑制中频段、放宽高频段的目标，既可提高计算效率，又可改善可能陷入局部最优的缺陷。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种焦斑全频分段控制的连续相位板设计方法。

本发明技术解决方案包括以下步骤：

1)设定激光的波长λ、近场输入分布E_in、确定焦距f、远场目标分布E_obj；

2)确定正方形连续相位板的边长L；

3)设定焦斑顶部光强的均方根误差σ_RMS所要达到的阈值；

4)根据工艺周期限制，设计限制相位周期的低通高斯滤波器，函数表达式如式(1)所示：

为近场波矢，为相位板的最小单元频率，n为超高斯阶次，为近场频域坐标；

5)根据近场输入分布E_in和远场目标分布E_obj，获得连续相位板的初始分布Φ₀，该

部分保留了目标焦斑空间频谱的大部分低频相位信息，过程如式(2)所示：

C为常数因子，Φ(x_ff，y_ff)为[-π，π]的随机远场相位分布，表示傅里叶算符，其中为远场波矢，为初始相位的低频截止频率，为远场频域坐标，得到的Φ₀作为步骤7中的相位板分布φ_cpp；

6)根据目标焦斑的频谱分布，设计控制焦斑频谱的带阻滤波器，如式(3)所示：

分别为控制焦斑频谱的高低截止频率，n为超高斯阶次；