[发明专利]一种基于天牛须搜索算法的激光谐振腔优化设计方法

摘要

本发明公开了一种高效率、智能化的激光谐振腔设计方法——基于天牛须搜索算法的激光谐振腔设计。结合谐振腔的矩阵理论，利用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的目标值合理构造评价函数，并将此评价函数作为天牛须搜索算法中的适应度函数，对适应度函数进行极小值操作，在合理的搜索范围内获得优选的谐振腔参数组合，编程实现了这种设计方法。本发明还公开了利用天牛须搜索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

1.一种基于天牛须搜索算法的激光谐振腔优化设计方法，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)的组合作为天牛须搜索优化算法中天牛须左右触角所在的位置矢量；(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作为天牛须搜索优化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。