Physics 版 (精华区)

发信人: zjliu (秋天的萝卜), 信区: Physics
标  题: 激光器优化技术（一）
发信站: 哈工大紫丁香 (Fri Apr 25 19:59:48 2003) , 转信

 

引 言
　　优化部件结构是设计诸如拟议国家点火装置(NIF)这样的大型激光系统时所要解决的
难题之一, 这样的部件结构要在确保无任何光学损伤的前提下,以最低的建设费用、最大
的性能裕度来满足任务需要.。因为需要考虑的参数多，而每一参数又有多个供选值，如
激光小束的多少、孔径大小、激光片数量及激光片厚度等，因此这种优化工作必然需要
对上百万种不同的设计方案进行评估。利用目前的计算能力，即使非常粗糙地对这么多
方案进行评估也是不现实的。因此，这就非常需要进行技术开发，以确定最好的设计方
案，这些技术要对所有的实际供选结构进行评估。
优化的内涵
　　优化过程是一个寻求最佳系统参数匹配的过程，完成一个优化过程需要进行三个步
骤。第一步，必须明确哪些方面得到加强，或哪些量得到改善后就可确定为一个"好"系
统，如输出改善、费用降低、可靠性提高或各种因素的均衡匹配等。这通常是一个很难
进行的步骤，因为我们必须真正搞懂需要哪些因素才能确定为一个"好"系统。第二步，
定义一个包含所有这些量的名叫优化值（FOM）的数学函数，该函数同时具有以下两个特
点：1. FOM值的变化取决于所选择的"好"量；2. FOM依赖于所研究的设计参数，因此，
一旦任何一个参数值发生变化，FOM就会随之变化。第三步，搜寻参数空间，寻求FOM值
最大或最小（取决于FOM的定义方法）的设计方案。
　　要优化一个大型激光系统 ，我们需要考虑的不仅仅是一个FOM。光传播物理学的许
多问题都是非线性的，也就是说，参数变化与激光输出功率变化不成比例。这意味着我
们不能采用已知的任何线性优化方法。另外，还需要考虑许多均一约束参数和非均一约
束参数，比如不能超过一定的建造费用、不能超过一定的输入能量、不能破坏任何光学
元件、至少输出一定的3ω激光能量等等。因此，一个激光系统的优化不仅是非线性的，
而且是约束的，故而称为非线性约束优化。另外，作为所有变量参数函数的FOM曲线图通
常是一个多峰值曲面，也就是存在多个峰值，计算机很容易把FOM上的局部最大值（峰值
）当作是最佳值，因此，我们需要一种能迅速正确地在FOM空间上找出最大峰值，即所谓
的整体最佳值的技术。而且，FOM空间在一个或多个参数问题上会出现噪音，也就是在原
本光滑的拓扑顶端出现叠加的峰值或谷值。因此，我们需要一种能够消除这些噪音的技
术。解决这样一种非线性约束优化问题的数学方法是使经过适当处理（或平均）的FOM函
数f(x)最大化或最小化，该FOM是均一约束Ci(x)＝0，i=1,…,k,及非均一约束Ci(x)>0，
 i=k+1,…,m的函数，这里参数矢量x=(x1,x2,…xn)代表n个变量。
 



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※ 来源:．哈工大紫丁香 http://bbs.hit.edu.cn [FROM: 202.118.229.86]