基於隨機並行優化算法的光束偏轉與淨化裝置的製作方法

2023-10-06 02:25:04 4

專利名稱：基於隨機並行優化算法的光束偏轉與淨化裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種光束控制方法，尤其是一種基於隨機並行優化算法的裝置， 能夠同時實現光束偏轉與淨化。
背景技術：
光束偏轉與淨化在高能雷射技術領域得到了廣泛的應用。在高能雷射系統 中，雷射介質折射率分布不均勻、諧振腔失調以及光學元件加工精度限制引起 的面形誤差等因素均會導致雷射器輸出光束波面發生畸變，降低光束質量，因 此必須採取光束淨化措施校正波面畸變以提高光束質量。另一方面，靈巧、快 速的光束偏轉控制是實現目標跟蹤和雷射精確打擊的保證。已有的技術途徑， 大多利用鏡面的機械轉動實現光束偏轉控制，利用變形鏡進行光束淨化。光束 偏轉和光束淨化器件是分離的，對分離器件的控制需要不同的控制策略和控制
信號，系統結構較為複雜。近年來出現的基於空間光調製器(SLM)的無機械轉動 光束控制技術(Paul F. McManamon. Agile Nonmech.anical. Beam Steering. 0PN， 2006， 17(3):24~29)引起了研究人員的廣泛關注。這種方法用體積緊湊的空間 光調製器取代了傳統的機械式轉鏡，但是由於空間光調製器製作材料損傷閾值 的性能限制，目前還很難應用到高能雷射領域。

發明內容
本發明提供了一種基於隨機並行優化算法的光束偏轉控制與淨化裝置。該 裝置只利用一個變形反射鏡作為光束控制器件，可以同時實現光束偏轉與淨化， 簡化了傳統高能雷射系統結構。利用變形反射鏡作為光束偏轉控制器件，不僅 克服了常見無機械轉動光束控制器件(如空間光調製器)損傷閾值低的缺陷，還 具備響應速度快(104Hz量級)、動態行程範圍大、對較寬波段範圍內(近紅外到 淺紫)的雷射均能實現光束偏轉控制和淨化的特點。
本發明的技術解決方案是基於隨機並行優化算法，以目標光強分布為評價函數，通過對變形反射鏡 的閉環控制，在控制光束偏轉的同時進行光束淨化。其特點在於在隨機並行 優化算法中，光束位置信息和光束質量信息為同 -判據；根據光束質量評價系 統提供的信息，對變形鏡實施閉環控制，使得光束位置信息和光束質量信息的 判據達到極值，同時實現光束偏轉和光束淨化。整個系統包括雷射源1，準直擴
束系統2，變形反射鏡3，縮束系統4，分束鏡5，主雷射器成像系統6，光束質 量評價系統7，隨機並行優化算法控制器8，變形鏡驅動單元9。在準直擴束系 統2與縮束系統4之間設有變形反射鏡3，在縮束系統4與主雷射器成像系統6 之間設有分束鏡5。
所述的雷射源1種類不限，可以是固體雷射器、氣體雷射器、光纖雷射器 等各種類型的連續雷射源；所述的準直擴束系統2種類不限，可以是任何能夠 實現光束準直擴束的器件；所述的變形反射鏡3為壓電陶瓷驅動的變形反射鏡； 所述的縮束系統4種類不限，可以是任何能夠實現光束縮束的器件；所述的分 束鏡5種類不限，可以是任何能夠實現光束分束的器件；所述的主雷射器成像 系統6種類不限，可以是CCD， COMS等成像器件構成的系統；所述的光束質量 評價系統7通過光電成像器件或光電探測器件，將目標區域光強作為評價函數， 光電成像器件或光電探測器件類型不限；所述的隨機並行優化算法控制器8類 型不限，可以是計算機、大規模集成電路等能夠執行該算法控制的器件；隨機 並行優化算法控制器8上執行的優化算法類型不限，可以是隨機並行梯度下降 算法、模擬退火算法、遺傳算法等；所述的變形鏡驅動單元9種類不限，可以 是任何能夠驅動變形反射鏡的器件。
本發明已經被發明人所在實驗室進行的光束控制和淨化實驗證實，這種基 於隨機並行優化算法的光束偏轉控制與淨化方案完全可行。
採用本發明可以達到以下技術效果
1 、本發明提供了 一種基於隨機並行優化算法的光束偏轉控制與淨化裝置，
4在控制光束偏轉同時實現光束淨化。光束偏轉控制與光束淨化方法利用一個器 件同時實現光束偏轉控制和光束淨化，較之以往系統結構得到了簡化。
2、 本發明提供的光束偏轉控制與光束淨化裝置利用壓電陶瓷驅動的變形反 射鏡的實現了光束的偏轉，較普通機械式偏轉方式速度快，克服了常見無機械 轉動光束控制器件(如空間光調製器)損傷閾值低的缺陷。
3、 本發明光束偏轉與光束淨化裝置中控制參數由隨機並行優化算法控制器 生成。控制器上執行的可以是隨機並行梯度下降算法、模擬退火算法、遺傳算 法等，只要算法參數選擇適當，算法能精確收斂到全局最優值，保證束偏轉與 光束淨化同時得到實現。


圖1為本發明的系統結構原理示意圖
具體實施例方式
如圖1所示，整個系統包括雷射源l，準直擴束系統2，變形反射鏡3，縮 束系統4，分束鏡5，主雷射器成像系統6，光束質量評價系統7，隨機並行優 化算法控制器8，變形鏡驅動單元9。
本發明同時進行光束偏轉控制和光束淨化的實現過程如下 雷射源1輸出光經過準直擴束系統2擴束到變形鏡反射鏡3的鏡面大小， 變形反射鏡3將雷射束反射到縮束系統4上，縮束系統4將光束縮束到適當大 小，以使主雷射成像系統6成像器件和光束質量評價系統7的探測器件能夠有 效地接受；分束鏡5將光分為兩束， 一束進入主雷射成像系統6， 一束進入光束 質量評價系統7;主雷射成像系統6用於觀察遠場成像情況，光束質量評價系統 7採集光束質量和位置信息，向隨機並行優化算法控制器8提供的判據，隨機並 行優化算法控制器8根據最優化原理，輸出相應的控制信號，通過變形鏡驅動 單元9加到變形反射鏡3上，在變形反射鏡3上形成一個閉環控制。由於隨機 並行優化算法的判據同時代表了光束位置信息和光束質量信息。根據隨機並行優化算法，在設定目標點位置的情況下，通過對變形反射鏡的閉環控制，使得 光束位置信息和光束質量信息的判據達到極值，在控制光束偏轉同時實現光束 淨化。
權利要求
1、基於隨機並行優化算法的光束偏轉與淨化裝置，包括雷射源(1)、準直擴束系統(2)、光束質量評價系統(7)、隨機並行優化算法控制器(8)、變形鏡驅動單元(9)，其特徵在於在準直擴束系統(2)與縮束系統(4)之間設有變形反射鏡(3)，在縮束系統(4)與主雷射器成像系統(6)之間設有分束鏡(5)。
2、 根據權利要求1所述的基於隨機並行優化算法的光束偏轉與淨化裝置， 其特徵在於分束鏡(5)將光分為兩束， 一束進入主雷射成像系統(6)， 一束進入 光束質量評價系統(7)。
3、 根據權利要求1所述的基於隨機並行優化算法的光束偏轉與淨化裝置， 其特徵在於光束質量評價系統(7)採集光束質量和位置信息，向隨機並行優化算 法控制器(8)提供的判據，隨機並行優化算法控制器(8)根據最優化原理，輸出 相應的控制信號，通過變形鏡驅動單元(9)加到變形反射鏡(3)上，在變形反射 鏡(3)上形成一個閉環控制。
4、 根據權利要求1所述的基於隨機並行優化算法的光束偏轉與淨化裝置， 其特徵在於該裝置通過隨機並行優化算法控制器同時實現光束偏轉控制與光束 淨化。
5、 根據權利要求1所述的基於隨機並行優化算法的光束偏轉與淨化裝置， 其特徵在於變形反射鏡(3)為壓電陶瓷驅動的變形反射鏡。
全文摘要
本發明涉及一種基於基於隨機並行優化算法的光束偏轉與淨化裝置。該裝置利用一個變形反射鏡作為光束控制器件，在控制光束偏轉的同時實現光束淨化。在隨機並行優化算法中，以目標光強分布為評價函數，光束位置信息和光束質量信息為同一判據；根據光束質量評價系統提供的判據，對變形鏡實施閉環控制，使得光束位置信息和光束質量信息的判據達到極值，從而同時實現光束偏轉和光束淨化。
文檔編號G02B26/08GK101464560SQ20091004240
公開日2009年6月24日 申請日期2009年1月4日 優先權日2009年1月4日
發明者劉澤金, 吳武明, 樸 周, 姜宗福, 霄 李, 梁永輝, 王三宏, 王小林, 許曉軍, 郭少鋒, 陳金寶, 馬浩統, 馬閻星 申請人:中國人民解放軍國防科學技術大學