应用遗传算法研究用于高密度信息存储的多元环形滤光片

论文摘要

随着光存储技术的发展，如何提高光盘存储密度备受关注。在高密度光学信息存储领域中，由衍射引起的分辨率限制是影响存储密度进一步提高的关键问题。采用远场超分辨技术可以突破分辨率的限制以达到提高目前通用光盘存储系统存储密度的目的。本文设计了两种满足这一要求的超分辨多元环形滤光片——二元环形滤光片和四元环形滤光片。超分辨二元环形滤光片的设计是一个多目标优化问题。本文在对一种多目标遗传算法VEGA算法进行改进的基础上，提出一种IVEGA算法，并将其应用于高密度信息存储中二元超分辨环形滤光片结构参数的设计。而超分辨四元环形滤光片的代价函数则是一个多峰函数，为避免遗传算法陷入局部最优值并提高遗传算法的局部搜索能力，本文设计了基于神经网络的遗传算法以用于四元环形滤光片结构参数的设计。计算机仿真结果显示，二元环形滤光片能使横向的半峰全宽半径值减小28％，而四元环形滤光片则使得这一数值减小30％，因而减小了记录光斑提高了记录密度。另一方面任何一种环形滤光片都能使变长，减小了在记录过程中因为光盘的微小波动而引起的记录信息的错误率。实际光学实验表明，二元环形滤光片和四元环形滤光片确实达到了理论分析的结果。但是四元环形滤光片有较大的衍射情况，可能因此而影像到光斑刻录的质量。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 遗传算法的提出
• 1.2 基于遗传算法的多元环形滤光片的研究
• 1.3 本文内容以及研究重点
• 第2章 遗传算法基础理论
• 2.1 遗传算法的发展历史
• 2.2 多目标遗传算法
• 2.3 遗传算法的特点
• 2.3.1 传统优化算法的特点
• 2.3.2 遗传算法特点
• 2.4 遗传算法流程
• 2.4.1 种群初始化
• 2.4.2 选择
• 2.4.3 交叉
• 2.4.4 变异
• 2.4.5 适应度函数
• 2.5 遗传算法的改进
• 2.5.1 分层遗传算法
• 2.5.2 自适应遗传算法
• 2.5.3 混合遗传算法
• 2.6 遗传算法的程序设计
• 2.7 本章小结
• 第3章 遗传算法在函数优化中的应用
• 3.1 遗传算法的基本应用
• 3.2 遗传算法在优化问题中的
• 3.2.1 优化问题基础
• 3.2.2 优化问题的约束条件
• 3.2.3 只含上、下限约束的最优化问题
• 3.2.4 约束问题的解决
• 3.3 本章小结
• 第4章 多元环形滤光片设计原理
• 4.1 信息存储技术概况
• 4.1.1 磁存储系统
• 4.1.2 磁光存储系统
• 4.1.3 光存储系统
• 4.2 光存储技术理论
• 4.2.1 惠更斯—菲涅耳原理
• 4.2.2 菲涅耳圆孔衍射
• 4.2.3 夫琅和费衍射
• 4.2.4 圆孔衍射焦点附近的三维光分布
• 4.3 本章小结
• 第5章 基于遗传算法的多元环形滤光片的设计
• 5.1 二元环形滤光片的设计
• 5.1.1 基于统计学理论的横向和轴向的分辨率分析
• 5.1.2 IVEGA 遗传算法
• 5.1.3 基于 IVEGA 的二元环形滤光片的设计
• 5.2 四元环形滤光片的设计
• 5.2.1 基于衍射理论的横向和轴向的强度分析
• 5.2.2 基于神经网络的遗传算法
• 5.2.3 四元环形滤光片的理论设计模拟结果
• 5.3 本章小结
• 第6章 四元环形滤光片的制作和实验
• 6.1 光刻工艺流程及实验结果分析
• 6.1.1 四元环形滤光片衍射图形掩模版设计制作
• 6.1.2 光刻工艺流程
• 6.1.3 光刻实验结果分析
• 6.2 超分辨实验及结果分析
• 6.2.1 光学测试系统的构建
• 6.2.2 实验结果及数据分析
• 6.3 实验总结
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间进行的研究和发表的论文