热源计算方法及激光系统技术方案

本申请提供一种热源计算方法及激光系统，涉及激光技术领域

【技术实现步骤摘要】
热源计算方法及激光系统


[0001]本申请涉及激光
，具体而言，涉及一种热源计算方法及激光系统
。

技术介绍

[0002]高功率激光束在光学系统内部通道中传输时，高功率激光与通道内反射镜光学元件间存在光场
—
固体传热
—
固体力学等多物理场耦合作用，光学元件会产生温度梯度并导致热变形，将会导致高功率激光系统输出的激光光束的质量出现严重的劣化
。
通过高效的计算光学元件由于固体热效应而导致的热变形量，可以有效评估光学元件对全激光系统的光束质量的贡献，最终采取合理的管控措施进行改善光学元件的热效应的影响
。

技术实现思路

[0003]为了至少克服现有技术中的上述不足，本申请的目的在于提供一种热源计算方法及激光系统
。
[0004]第一方面，本申请实施例提供一种热源计算方法，所述热源计算方法包括：
[0005]获取入射激光的参数以及光学元件的参数，所述光学元件包括至少一个反射镜；
[0006]基于所述入射激光的参数以及所述光学元件的参数，计算入射激光的入射光子点集数据；
[0007]基于所述入射光子点集数据，得到反射镜边界的数量；
[0008]针对每个反射镜，计算与所述入射激光对应的多个虚拟光子点的数据，并将反射镜边界位置前的入射光子点集数据与反射镜边界位置后的虚拟光子点集数据存至边界热源光子点集数据中，所述虚拟光子点为与所述入射激光在同一直线上等距延伸的光子点；
[0009]基于所述边界热源光子点集数据，计算得到反射镜的温度分布，应用于反射镜的固体热效应对全激光系统的热效应贡献量
。
[0010]在一种可能的实现方式中，所述入射光子点集数据包括各光子点的光程长；
[0011]所述基于所述入射光子点集数据，得到反射镜边界的数量的步骤，包括：
[0012]基于所述入射光子点集数据中的光程长，确定所述入射激光在所述反射镜边界位置前的最后一个光子点作为第一目标光子点，所述第一目标光子点为最靠近所述反射镜边界位置的入射光子点；
[0013]基于所述第一目标光子点的确定，得到反射镜边界的数量
。
[0014]在一种可能的实现方式中，所述基于所述入射光子点集数据中的光程长，确定所述入射激光在所述反射镜边界位置前的最后一个光子点作为第一目标光子点的步骤，包括：
[0015]根据所述入射光子点集数据，将相邻的所述光子点的光程长做差，得到一个差值；
[0016]判断所述差值是否小于0，若小于0，则光程长较大的光子点为所述第一目标光子点；
[0017]所述基于所述第一目标光子点的确定，得到反射镜边界的数量的步骤，包括：
[0018]选取多条所述入射激光的一条中心光线；
[0019]根据所述中心光线的所述第一目标光子点
、
第二目标光子点以及所述中心光线在所述反射镜边界位置后且最接近所述反射镜边界位置的两个光子点，计算其分别组成的向量，并计算所述向量之间的夹角，所述第二目标光子点为靠近所述反射镜边界位置的与所述第一目标光子点距离最近的入射光子点；
[0020]判断所述夹角是否大于设定值，若大于所述设定值，则识别出一面所述反射镜
。
[0021]在一种可能的实现方式中，在计算与所述入射激光对应的多个虚拟光子点的数据，并将反射镜边界位置前的入射光子点集数据与反射镜边界位置后的虚拟光子点集数据存至边界热源光子点集数据中之前，所述方法还包括：
[0022]根据所述第一目标光子点，选择
n
条入射激光对应的所述反射镜边界位置前的
m
个光子点，将
m
×
n
个光子点的数据存至所述入射光子点集数据中；
[0023]所述计算与所述入射激光对应的多个虚拟光子点的数据，并将反射镜边界位置前的入射光子点集数据与反射镜边界位置后的虚拟光子点集数据存至边界热源光子点集数据中的步骤，包括：
[0024]通过所述入射激光在所述反射镜边界位置前的第一目标光子点与第二目标光子点的数据，利用虚拟光子点计算方法得到虚拟延伸光线的
m
×
n
个虚拟光子点的数据；
[0025]将反射镜边界位置前的
m
×
n
个入射光子点集数据与反射镜边界位置后的
m
×
n
个虚拟光子点集数据存至边界热源光子点集数据中
。
[0026]在一种可能的实现方式中，所述入射光子点集数据还包括各光子点的空间坐标；
[0027]所述入射激光在所述反射镜边界位置前的第一目标光子点与第二目标光子点的数据分别为
P
m
‑1(x
m
‑1，
y
m
‑1，
z
m
‑1，
L
m
‑1，
I
m
‑1)、P
m
(x
m
，
y
m
，
z
m
，
L
m
，
I
m
)
；
[0028]光子点
P
m
‑1与
P
m
之间的距离
r
通过以下计算方式得到：
[0029][0030]虚拟光子点
P
m+i
与所述第一目标光子点
P
m
之间的距离
d
m+i
通过以下计算方式得到：
[0031][0032]其中，
i
＝
1,2,3...m
；
[0033]虚拟光子点
P
m+i
与所述第一目标光子点
P
m
构成的直线方程的斜率
k
i
通过以下计算方式得到：
[0034][0035]虚拟光子点的空间坐标为：
[0036][0037]在一种可能的实现方式中，所述基于所述入射激光的参数以及所述光学元件的参数，计算入射激光的入射光子点集数据的步骤，包括：
[0038]基于所述入射激光的参数以及所述光学元件的参数，在有限元仿真软件或者编程软件中建立仿真模型，计算入射激光的入射光子点集数据；
[0039]所述计算入射激光的入射光子点集数据的步骤，包括：
[0040]选择入射方向，将所述入射激光离散为光子点集；
[0041]通过光线追迹算法对全激光系统进行模拟，跟踪所述入射激光的传播路径；
[0042]在光线追迹模拟过程中，在所述反射镜的反射边界位置重置光程长，并根据所述入射激光参数以及所述光学元件参数，计算入射激光的入射光子点集数据
。
[0043]在一种本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种热源计算方法，其特征在于，用于评估光学元件对全激光系统的光学质量的影响，所述方法包括：获取入射激光的参数以及光学元件的参数，所述光学元件包括至少一个反射镜；基于所述入射激光的参数以及所述光学元件的参数，计算入射激光的入射光子点集数据；基于所述入射光子点集数据，得到反射镜边界的数量；针对每个反射镜，计算与所述入射激光对应的多个虚拟光子点的数据，并将反射镜边界位置前的入射光子点集数据与反射镜边界位置后的虚拟光子点集数据存至边界热源光子点集数据中，所述虚拟光子点为与所述入射激光在同一直线上等距延伸的光子点；基于所述边界热源光子点集数据，计算得到反射镜的温度分布，应用于反射镜的固体热效应对全激光系统的热效应贡献量
。2.
根据权利要求1所述的热源计算方法，其特征在于，所述入射光子点集数据包括各光子点的光程长；所述基于所述入射光子点集数据，得到反射镜边界的数量的步骤，包括：基于所述入射光子点集数据中的光程长，确定所述入射激光在所述反射镜边界位置前的最后一个光子点作为第一目标光子点，所述第一目标光子点为最靠近所述反射镜边界位置的入射光子点；基于所述第一目标光子点的确定，得到反射镜边界的数量
。3.
根据权利要求2所述的热源计算方法，其特征在于，所述基于所述入射光子点集数据中的光程长，确定所述入射激光在所述反射镜边界位置前的最后一个光子点作为第一目标光子点的步骤，包括：根据所述入射光子点集数据，将相邻的所述光子点的光程长做差，得到一个差值；判断所述差值是否小于0，若小于0，则光程长较大的光子点为所述第一目标光子点；所述基于所述第一目标光子点的确定，得到反射镜边界的数量的步骤，包括：选取多条所述入射激光的一条中心光线；根据所述中心光线的所述第一目标光子点
、
第二目标光子点以及所述中心光线在所述反射镜边界位置后且最接近所述反射镜边界位置的两个光子点，计算其分别组成的向量，并计算所述向量之间的夹角，所述第二目标光子点为靠近所述反射镜边界位置的与所述第一目标光子点距离最近的入射光子点；判断所述夹角是否大于设定值，若大于所述设定值，则识别出一面所述反射镜
。4.
根据权利要求3所述的热源计算方法，其特征在于，在计算与所述入射激光对应的多个虚拟光子点的数据，并将反射镜边界位置前的入射光子点集数据与反射镜边界位置后的虚拟光子点集数据存至边界热源光子点集数据中的步骤之前，所述方法还包括：根据所述第一目标光子点，选择
n
条入射激光对应的所述反射镜边界位置前的
m
个光子点，将
m
×
n
个光子点的数据存至所述入射光子点集数据中；所述计算与所述入射激光对应的多个虚拟光子点的数据，并将反射镜边界位置前的入射光子点集数据与反射镜边界位置后的虚拟光子点集数据存至边界热源光子点集数据中的步骤，包括：通过所述入射激光在所述反射镜边界位置前的第一目标光子点与第二目标光子点的
数据，利用虚拟光子点计算方法得到虚拟延伸光线的
m
×
n
个虚拟光子点的数据；将所述反射镜边界位置前的
m
×
n
个入射光子点集数据与反射镜边界位置后的
m
×
n
个虚拟光子点集数据存至边界热源光子点集数据中
。5.
根据权利要求4所述的热源计算方法，其特征在于，所述入射光子点集数据还包括各光子点的空间坐标；所述入射激光在所述反射镜边界位置前的第一目标光子点与第二目标光子点的数据分别为
P
m
‑1(x
m
‑1，
y
m
‑1，
z
m
‑1，
L
m
‑1，
I
m
‑1)、P
...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗先刚，刘洋，蒲明博，王茂宇，雷健，
申请(专利权)人：天府兴隆湖实验室，
类型：发明
国别省市：