| 主权项 |
一种实现边缘陡峭且光强波动低的平顶光束整形装置的整形控制方法，所述的实现边缘陡峭且光强波动低的平顶光束整形装置包括光学相控阵（1）、透镜（2）、输出面（3）、强度分析采集模块（4）和处理器模块（5），透镜（2）位于光学相控阵（1）所在的面和输出面（3）之间，透镜（2）与相控阵（1）和输出面（3）之间的距离均为一倍焦距f，入射光束通过光学相控阵（1）再经过透镜（2）傅里叶变换对光束进行整形，在透镜（2）的焦平面位置即输出平面（3）得到整形后的光场，强度分布采集模块（4）对输出面（3）的整形后的光场的光束强度分布进行采集，将采集到的数据传输给处理器模块（5），处理器模块（5）通过计算RMSE值并判断RMSE的值，从而决定是否调整光学相控阵（1）的相位，其特征在于：该方法包括下述步骤：一、根据公式（1）获得初始相位φ<sub>1</sub>，φ<sub>1</sub>=φ<sub>F</sub>+2π(rand‑0.5)sinc<sup>‑1</sup>(|A<sub>F</sub>|) (1)φ<sub>F</sub>为光束预期的强度分布I<sub>T</sub>快速傅立叶变换后光场的空间相位分布，A<sub>F</sub>为光束预期的强度分布I<sub>T</sub>快速傅立叶变换后光场的空间振幅分布，rand为0到1之间的随机分布，sinc<sup>‑1</sup>为sinc函数的逆函数；二、步骤一的φ<sub>1</sub>根据公式（2）得到U<sub>k</sub>，通过透镜（2）的快速傅立叶变换计算出输出面（3）的相位分布Φ<sub>k</sub>，根据公式（4）算出输出面（3）的实际获得的强度分布I<sub>k</sub>，即强度分析采集模块（4）采集到的强度分布I<sub>k</sub>，实际获得的强度分布I<sub>k</sub>逐步收敛逼近整形光束预期的强度分布为I<sub>T</sub>，即理想情况下k=∞,I<sub>k</sub>=I<sub>T</sub>，<maths num="0001" id="cmaths0001"><math><![CDATA[<mrow><msub><mi>U</mi><mi>k</mi></msub><mo>=</mo><msqrt><msub><mi>I</mi><mi>G</mi></msub></msqrt><mi>exp</mi><mrow><mo>(</mo><msub><mi>iφ</mi><mi>k</mi></msub><mo>)</mo></mrow></mrow>]]></math><img file="FDA0000451168650000011.GIF" wi="1229" he="90" /></maths>Φ<sub>k</sub>=arg(FFT(U<sub>k</sub>)) (3)I<sub>k</sub>=|FFT(U<sub>k</sub>)|<sup>2</sup> (4)其中，I<sub>G</sub>为入射激光束的强度分布，U<sub>k</sub>为输出面出射的光场复振幅，k为迭代次数，k=1,2,…n,n≥2，arg为求复数的辐角的函数，FFT为快速傅立叶变换,exp表示e指数,i为复数中的对于虚数单位的定义；三、根据步骤二的强度分布I<sub>T</sub>和相位分布Φ<sub>k</sub>通过步骤（5）计算出光场V<sub>k</sub>，<maths num="0002" id="cmaths0002"><math><![CDATA[<mrow><msub><mi>V</mi><mi>k</mi></msub><mo>=</mo><msub><mi>w</mi><mi>k</mi></msub><mo>·</mo><msqrt><msub><mi>I</mi><mi>T</mi></msub></msqrt><mi>exp</mi><mrow><mo>(</mo><msub><mi>iΦ</mi><mi>k</mi></msub><mo>)</mo></mrow></mrow>]]></math><img file="FDA0000451168650000021.GIF" wi="1253" he="90" /></maths>其中，w<sub>k</sub>为自适应权重w<sub>1</sub>=1，k=1,2,…n,n≥2；四、利用公式（6）计算的光强波动的均方根误差RMSE作为优化评估的标准，处理器模块（5）用于计算当前的RMSE值并且判断当前的RMSE值是否满足用户要求的RMSE值，判断为是，则处理器模块（5）停止向光学相控阵输送相位φ<sub>k</sub>；判断为否，则继续进行下一次迭代，运行公式（7）和公式（8）计算载入光学相控阵的相位φ<sub>k+1</sub>，系统继续迭代直到处理器模块（5）判断为是跳出，其表达式为：<maths num="0003" id="cmaths0003"><math><![CDATA[<mrow><mi>RMSE</mi><mo>=</mo><msqrt><munderover><mi>Σ</mi><mrow><mi>p</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>N</mi></munderover><msup><mrow><mo>(</mo><msub><mi>I</mi><mi>k</mi></msub><mo>-</mo><msub><mi>I</mi><mi>T</mi></msub><mo>)</mo></mrow><mn>2</mn></msup><mo>/</mo><munderover><mi>Σ</mi><mrow><mi>p</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>N</mi></munderover><msub><mi>I</mi><mi>T</mi></msub></msqrt><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>6</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>]]></math><img file="FDA0000451168650000022.GIF" wi="1233" he="167" /></maths>φ<sub>k+1</sub>=arg(IFFT(V<sub>k</sub>)) (7)w<sub>k+1</sub>=w<sub>k</sub>(I<sub>T</sub>/|V<sub>k</sub>|<sup>2</sup>)<sup>c</sup> (8)其中，p=1,2....N，N≥2，为强度分布区域里的采用点数序列，C为优化因子，取值为0到1范围内，w<sub>k+1</sub>为下一次算法迭代的自适应权重，IFFT为快速傅立叶逆变换，用户要求的RMSE值和公式（8）中的C值的优化获取方法为：设定迭代次数k为一定数量，在C取值范围0到1内，C值从0开始，调整步进为0.01，每完成设定次数的算法迭代后C增加0.01，直到C=1优化结束，选取C值优化调整过程中最小的RMSE为用户要求的RMSE值，此时对应的C值被公式（5）采用。 |
