研究目的
利用遗传算法（GA）研究采用球面镜实现可调光程（OPL）的紧凑型多通池（MPC）设计与优化，用于高灵敏度气体传感器。
研究成果
该研究成功利用遗传算法（GA）设计并优化了一种紧凑型四镜MPC，采用球面镜实现可调光程（OPL）。实验结果与模拟值高度吻合，证明了遗传算法在MPC设计优化中的有效性。
研究不足
该研究仅限于使用球面镜和MPC的特定配置。紧凑性和设计灵活性可能因镜面类型和配置的不同而有所变化。
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[IEEE 2019欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC) - 德国慕尼黑(2019.6.23-2019.6.27)] 2019欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC) - 基于遗传算法优化的可调光程紧凑型球面镜多程池
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DOI：10.1109/cleoe-eqec.2019.8872747
出版年份：2019
更新时间：2025-09-12 10:27:22
摘要：
包括健康和环境保护在内的众多实际应用都需要紧凑型高灵敏度气体传感器。本研究报道了一项实验研究，该研究采用遗传算法（GA）设计并优化了一种仅使用廉价球面镜即可实现长距离可调光程（OPL）的紧凑型多程池（MPC）。与双镜方案相比，基于本研究所开发遗传算法的四镜MPC具有更出色的设计灵活性。例如，仅需80立方厘米体积即可实现稳定的24米光程。此外，通过改变镜面位置，可以可控方式实现多种稳定光程。本MPC采用类似蝴蝶结的四镜配置，从而打破镜面对称性（镜面互不平行），获得具有高填充因子的散光光斑模式。与基于散光镜的MPC相比，折叠式光路几何结构进一步提升了紧凑性。相较于先前报道的其他密集模式或折叠球面镜MPC，在相同体积下可获得更长光程。为精确计算线-球交点及反射角，我们基于定制光线追踪算法开发了专用软件，该软件还能通过遗传算法确定满足设计约束条件（镜面直径、焦距及目标光程）的最优MPC配置。为验证仿真结果，我们组装了四镜MPC（采用直径1英寸、焦距25毫米的镜片，安装于运动学支架并固定于铝制底座）。通过改变镜面角度与间距测试了不同MPC配置。利用遗传算法实现了4.5米至28米的多组光程，其中满足此类镜片输出光束质量要求的最长光程为24米。为验证仿真与实验的一致性，我们制备了16米和24米光程配置，通过向腔体注入10纳秒脉冲激光测量MPC内部飞行时间。图1c中0纳秒延迟处记录的首个脉冲对应光学板（位于MPC输入端附近）的部分反射光，第二个脉冲则来自MPC输出端。通过测量两脉冲间的时间延迟计算实际光程，实验测得值16.11米和23.88米与仿真值16.1米、23.82米高度吻合。结论表明，我们开发了采用遗传算法设计的紧凑型四镜MPC（含多种光程变体），并通过MPC内部飞行时间测量实验验证了其中两种配置。
作者：
Arkadiusz Hudzikowski，Aleksander G?uszek，Karol Krzempek，Jaros?aw Sotor
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