[发明专利]一种设计TO非球面透镜的蚁群方法

权利要求书

1.一种设计TO非球面透镜的蚁群方法，TO非球面透镜的两面均为偶次非球面，非球面方程形式如下：

x，y，z为直角坐标系的三个坐标量，光轴为x轴，即非球面的对称轴，x为以各非球面与光轴交点为起点，沿着光轴方向的轴向值，a₂为二次曲面系数，a₄，a₆，a₈为非球面公式中高次项系数；C为镜面中心曲率，1/C为镜面中心曲率半径， 为镜面上一点的垂轴高度；其特征在于该方法包括下述步骤：

步骤1, 构建蚂蚁位置矢量空间

TO非球面透镜非球面参数的顺序排列构成蚂蚁的位置矢量，即第i个蚂蚁的位置矢量，其中，d是非球面透镜前后两面顶点之间距离，C₁和C ₂分别表示非球面透镜前后两面的顶点曲率，a_2,1, a_4,1, a_6,1, a_8,1和a_2,2, a_4,2, a_6,2, a_8,2分别表示非球面透镜前表面和后表面的非球面系数, 下标dim表示蚂蚁位置矢量的第dim维，T表示蚂蚁第T次移动；

步骤2，设定蚂蚁位置矢量每一分量的取值范围，和分别为第i个蚂蚁位置矢量在其dim维取值范围的上限和下限，应根据LD出射光束在非球面透镜上的光斑形状确定，要使非球面的最大离轴高度大于入射光斑相应尺度；

步骤3 ， 蚂蚁位置矢量的初始化

取蚁群中蚂蚁数量在50至100之间，初始化蚁群中每一个蚂蚁的位置矢量

第i个蚂蚁位置矢量第dim维的初始值由下式给出：

其中，，是一0与1之间的均匀随机数；

步骤4，计算蚂蚁信息素

蚂蚁每移动一次更新一次信息素，其更新方式为：

现信息素=原来的信息素残留量+蚂蚁位置更新后的TO非球面透镜的评价函数，其中，原来的信息素残留量=（1-ρ）×原来的信息素；

即第i个蚂蚁在第T次移动后其信息素为

其中，信息素挥发系数0ρ1, 是TO非球面透镜的评价函数，是第i个蚂蚁在第T次移动后的位置矢量，第i个蚂蚁信息素的初始值；

步骤5，蚂蚁寻优移动

由现有已知信息素计算第i个蚂蚁第T次状态转移概率P_i(T)

式中，为蚁群在T-1次移动后的全局最优值；

当P_i(T)大于转移概率常数P₀时，第i个蚂蚁进行全局移动搜索，否则进行局部移动搜索；

移动公式为

λ=1/T为移动因子，随迭代次数T增加而减小，；

步骤6，输出最优解

当蚁群移动达到其最大移动次数T_max时，输出最佳信息素的蚂蚁序号，此序号蚂蚁所处的位置矢量就是的寻优值, 否则，返回步骤4。

2.根据权利要求1所述的一种设计TO非球面透镜的蚁群方法，其特征在于所述步骤4包括如下步骤：

步骤a，假定激光二极管为发光面为L₁μm×L₂μm的长方形，L₁，L₂10μm，出射光束发散角Y方向为±θ_y，Z方向为±θ_z；发光面与非球面透镜前表面顶点之间的距离为L₃ mm，入射光瞳设置在非球面透镜前表面顶点，出射光束在入瞳面上形成椭圆形光斑，其半长轴a和半短轴b分别为：a= L₃*tan(θ_y）mm，b= L₃*tan(θ_z）mm；

步骤b，在激光二极管长方形发光面上均匀取m个发光点，把入射光瞳设置为与入瞳面上出射光束光斑相同的椭圆形，并在其上均匀取n个入射点，如此追迹m×n条光线；

步骤c，计算

其中，,为第k条光线与光纤入射端面的交点坐标，为第k条光线在光纤入射端面与光纤轴线的夹角，两者都通过光线追迹求出，q是权重因子。