[发明专利]基于随机并行优化算法的光束偏转与净化装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种光束控制方法，尤其是一种基于随机并行优化算法的装置，能够同时实现光束偏转与净化。

背景技术

光束偏转与净化在高能激光技术领域得到了广泛的应用。在高能激光系统中，激光介质折射率分布不均匀、谐振腔失调以及光学元件加工精度限制引起的面形误差等因素均会导致激光器输出光束波面发生畸变，降低光束质量，因此必须采取光束净化措施校正波面畸变以提高光束质量。另一方面，灵巧、快速的光束偏转控制是实现目标跟踪和激光精确打击的保证。已有的技术途径，大多利用镜面的机械转动实现光束偏转控制，利用变形镜进行光束净化。光束偏转和光束净化器件是分离的，对分离器件的控制需要不同的控制策略和控制信号，系统结构较为复杂。近年来出现的基于空间光调制器(SLM)的无机械转动光束控制技术(Paul F.McManamon.Agile Nonmechanical Beam Steering.OPN，2006，17(3)：24~29)引起了研究人员的广泛关注。这种方法用体积紧凑的空间光调制器取代了传统的机械式转镜，但是由于空间光调制器制作材料损伤阈值的性能限制，目前还很难应用到高能激光领域。

发明内容

本发明提供了一种基于随机并行优化算法的光束偏转控制与净化装置。该装置只利用一个变形反射镜作为光束控制器件，可以同时实现光束偏转与净化，简化了传统高能激光系统结构。利用变形反射镜作为光束偏转控制器件，不仅克服了常见无机械转动光束控制器件(如空间光调制器)损伤阈值低的缺陷，还具备响应速度快(10⁴Hz量级)、动态行程范围大、对较宽波段范围内(近红外到浅紫)的激光均能实现光束偏转控制和净化的特点。

本发明的技术解决方案是：

基于随机并行优化算法，以目标光强分布为评价函数，通过对变形反射镜的闭环控制，在控制光束偏转的同时进行光束净化。其特点在于：在随机并行优化算法中，光束位置信息和光束质量信息为同一判据；根据光束质量评价系统提供的信息，对变形镜实施闭环控制，使得光束位置信息和光束质量信息的判据达到极值，同时实现光束偏转和光束净化。整个系统包括激光源1，准直扩束系统2，变形反射镜3，缩束系统4，分束镜5，主激光器成像系统6，光束质量评价系统7，随机并行优化算法控制器8，变形镜驱动单元9。在准直扩束系统2与缩束系统4之间设有变形反射镜3，在缩束系统4与主激光器成像系统6之间设有分束镜5。

所述的激光源1种类不限，可以是固体激光器、气体激光器、光纤激光器等各种类型的连续激光源；所述的准直扩束系统2种类不限，可以是任何能够实现光束准直扩束的器件；所述的变形反射镜3为压电陶瓷驱动的变形反射镜；所述的缩束系统4种类不限，可以是任何能够实现光束缩束的器件；所述的分束镜5种类不限，可以是任何能够实现光束分束的器件；所述的主激光器成像系统6种类不限，可以是CCD，COMS等成像器件构成的系统；所述的光束质量评价系统7通过光电成像器件或光电探测器件，将目标区域光强作为评价函数，光电成像器件或光电探测器件类型不限；所述的随机并行优化算法控制器8类型不限，可以是计算机、大规模集成电路等能够执行该算法控制的器件；随机并行优化算法控制器8上执行的优化算法类型不限，可以是随机并行梯度下降算法、模拟退火算法、遗传算法等；所述的变形镜驱动单元9种类不限，可以是任何能够驱动变形反射镜的器件。

本发明已经被发明人所在实验室进行的光束控制和净化实验证实，这种基于随机并行优化算法的光束偏转控制与净化方案完全可行。

采用本发明可以达到以下技术效果：

1、本发明提供了一种基于随机并行优化算法的光束偏转控制与净化装置，在控制光束偏转同时实现光束净化。光束偏转控制与光束净化方法利用一个器件同时实现光束偏转控制和光束净化，较之以往系统结构得到了简化。

2、本发明提供的光束偏转控制与光束净化装置利用压电陶瓷驱动的变形反射镜的实现了光束的偏转，较普通机械式偏转方式速度快，克服了常见无机械转动光束控制器件(如空间光调制器)损伤阈值低的缺陷。

3、本发明光束偏转与光束净化装置中控制参数由随机并行优化算法控制器生成。控制器上执行的可以是随机并行梯度下降算法、模拟退火算法、遗传算法等，只要算法参数选择适当，算法能精确收敛到全局最优值，保证束偏转与光束净化同时得到实现。

附图说明

图1为本发明的系统结构原理示意图

具体实施方式