變間距全息光柵記錄光路的建模與優(yōu)化.pdf

1、衍射光柵是光譜儀器中重要的分光元件，衍射光柵的像差直接決定了光譜儀器的分辨率。隨著對光譜性能要求的不斷提高，具有自聚焦和消像差能力的變間距光柵已經(jīng)成為高分辨率光譜儀器的核心器件。 相較于傳統(tǒng)的機(jī)械刻劃光柵，采用全息記錄方法加工的變間距全息光柵具有加工效率高，雜散光小等諸多優(yōu)點(diǎn)。目前，變間距全息光柵已經(jīng)廣泛應(yīng)用于同步輻射、空間光譜、等離子體物理、表面干涉計(jì)量等領(lǐng)域。深入研究變間距全息光柵的設(shè)計(jì)、制造與檢測技術(shù)，具有重要的理論價(jià)值與

2、現(xiàn)實(shí)意義。 本文研究的重點(diǎn)是變間距全息光柵記錄光路的設(shè)計(jì)問題，包括全息記錄光路的建模與優(yōu)化兩方面。記錄光路建模的目標(biāo)是，建立記錄參數(shù)與光柵參數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系；記錄光路優(yōu)化的目標(biāo)是，求取合適的記錄參數(shù)，使得實(shí)際光柵參數(shù)盡可能的接近期望光柵參數(shù)。 本文在記錄光路建模方面的主要工作是：針對使用輔助球面鏡與輔助等間距平面光柵的兩種記錄光路，推導(dǎo)了四階解析模型，給出了基于費(fèi)馬原理與局部搜索的光線追跡數(shù)值模型，并分析了解析模型的展開

3、誤差。 本文在記錄光路優(yōu)化方面的主要工作是：針對記錄光路優(yōu)化這一非線性、多極值、有約束的復(fù)雜優(yōu)化問題，研究了基于演化算法的優(yōu)化設(shè)計(jì)解決方案，包括：一、考慮到目標(biāo)函數(shù)的復(fù)雜性，研究了快速搜索算法。采用標(biāo)準(zhǔn)遺傳算法與局部搜索相結(jié)合的混合優(yōu)化策略，使用遺傳算法進(jìn)行初始搜索的預(yù)處理，在此基礎(chǔ)上采用局部搜索算法進(jìn)行精細(xì)搜索，兼顧了優(yōu)化效果與優(yōu)化效率。 二、考慮到目標(biāo)函數(shù)的多極值特點(diǎn)，研究了多極值優(yōu)化算法。討論了受限演化算法的參數(shù)設(shè)

4、置問題，并應(yīng)用于使用輔助平面光柵的記錄光路設(shè)計(jì)。將擁擠模型與聚類算法相結(jié)合，提出了一種全新的擁擠聚類遺傳算法，研究了算法的收斂性質(zhì)，并應(yīng)用于使用輔助球面鏡的記錄光路設(shè)計(jì)。 三、考慮到容許誤差對設(shè)計(jì)結(jié)果的影響，研究了魯棒優(yōu)化設(shè)計(jì)算法。針對記錄光路魯棒優(yōu)化的特點(diǎn)，將其規(guī)劃為單目標(biāo)的確定性魯棒優(yōu)化模型。提出了在標(biāo)準(zhǔn)遺傳算法及標(biāo)準(zhǔn)擁擠遺傳算法框架下，利用演化策略計(jì)算近似魯棒目標(biāo)函數(shù)的層疊式魯棒優(yōu)化算法，數(shù)值實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)實(shí)例證明了算法的實(shí)用