[发明专利]一种基于热传导逆问题的激光强度反演方法

说明书

本发明提供一种基于热传导逆问题的激光强度反演方法，激光技术领域，涉及指高能激光强度分布的非直接测量方法。本发明解决的技术问题是提供一种高能激光强度分布的非直接测量方法。该方法基于激光辐照下的材料热传导模型，将激光强度分布的测量问题转化为典型的热力学逆问题，并利用共轭梯度算法对逆问题进行数值求解，最终得到激光强度的时空分布。该方法仍适用于具有明显热效应的非高能激光强度分布测量。

技术领域

本发明属于激光技术领域，涉及一种激光参数的诊断和评估方法，尤其指高能激光强度分布的非直接测量方法。该方法仍适用于具有明显热效应的非高能激光强度分布评估与测量。

背景技术

高能激光不仅光斑面积大，而且能量大、功率高，对测量设备有一定的破坏作用，给测量其时、空特性带来相当大的难度。首先为获取某一参数，常需要开动庞大的激光装置，本身操作复杂、代价高、耗时长；其次，伴随的高频辐射可能干扰探测器；第三，各探测元件在高能激光辐照下，易被破坏或导致性能畸变，使所测参数失真。对激光强度分布实现既可绝对测量、又具时间分辨能力的直接测量变得非常困难，目前发展的一些测量方法还不能很好地解决这一问题。本发明可以通过测量激光辐照期间的背光面温度分布计算得到激光强度分布，避免了直接测量的各种困难。本发明也可用于测量激光经传输后的远场强度度时空分布。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种高能激光强度分布的非直接测量方法。该方法基于激光辐照下的材料热传导模型，将激光强度分布的测量问题转化为典型的热力学逆问题，并利用共轭梯度算法对逆问题进行数值求解，最终得到激光强度的时空分布。

实现本发明的技术解决方案为：

一种基于热传导逆问题的激光强度反演方法，其特征在于，该方法步骤如下：

步骤101、获取激光辐照材料的表面温度数据；

步骤102、获取辐照材料的热力学参数及几何参数，建立辐照材料的热力学模型；

步骤103、根据获取激光辐照材料的表面温度数据，计算反演迭代停止值；根据建立的辐照材料的热力学模型，以反演迭代停止值为判断标准，采用反演迭代方法，即数值求解热传导逆问题算法，得到激光辐照面的热流密度；

步骤104、根据辐照面的激光耦合系数，以及激光辐照面的热流密度，计算激光强度分布。

一种基于热传导逆问题的激光强度反演方法，其特征在于，包括下述步骤：

步骤101、获取激光辐照材料的表面温度数据；

激光辐照材料的表面温度数据T_measure(r_m，t)，通过点阵测温设备或红外测温设备测量获取，r_m表示测温点位置，t表示温度场随时间变化值；并得到下述参数：M是测量的温度点数，δ是温度测量误差，t_f是测量的温度数据的持续时间；

步骤102、获取辐照材料的热力学参数及几何参数，建立辐照材料的热力学模型；

步骤103、采用反演迭代方法，即数值求解热传导逆问题算法，得到激光辐照面的热流密度；

数值求解算法步骤如下：

步骤(1)求解热传导方程，求解的温度即为测量点位置处的温度并求解出q^k(r，t)激光辐照热流密度，用于得到优化的激光辐照热流密度；

步骤(2)计算优化目标J(q^k)，判断是否需要停止优化；J(q^k)的计算方法为：