[发明专利]激光内通道热效应影响下光传输仿真参数校准方法与装置

说明书

本发明提供了一种激光内通道热效应影响下光传输仿真参数校准方法与装置。该校准方法包括进行激光内通道热效应影响下的光传输仿真，得到预设工况条件下的全光链路各时刻光束波前Zernike系数数组；再构建并训练神经网络模型，将测试得到的仿真数据和待校准的仿真参数分别作为神经网络模型训练数据的输入部分和输出部分，建立仿真数据与仿真参数之间的映射关系，该仿真数据包括预设工况条件下的工况参数以及全光链路各时刻光束波前Zernike系数数组；然后利用校准装置搭建试验光路，采集试验数据并输入训练完成的神经网络模型中，根据其输出结果即可实现激光内通道热效应影响下光传输仿真参数的校准，以提高仿真结果的可靠性。

技术领域

本发明涉及激光热效应仿真计算技术领域，尤其涉及一种激光内通道热效应影响下光传输仿真参数校准方法与装置。

背景技术

激光系统内光路热效应是影响光束质量的重要因素。在内通道光机系统中，气体被激光加热产生热效应、光学元件受光辐照产生热量、形变以及材料折射率变化等都是内光路热效应产生的重要原因。随着光束输出功率不断提升，内光路密闭空间中气体及元件散热有限，导致热量在光传输的方向不断堆积，内通道热效应这一问题已成为制约光学性能提升的瓶颈之一，对激光内通道热效应影响下的光传输仿真也迫在眉睫。

激光内通道热效应影响下的光传输仿真涉及光、机、热、力、流等多物理场间的耦合计算，是一种复杂的物理过程。基于此，在进行激光内通道热效应影响下的光传输仿真时，需要提前设定大量仿真参数，再基于这些仿真参数进行光传输仿真，最终得到的仿真结果与仿真参数的设定值密切相关。而当前仍缺乏针对激光内通道热效应影响下光传输仿真参数校准方法，设定的仿真参数大多存在一定误差，导致最终得到的仿真结果不够准确。

有鉴于此，有必要设计一种激光内通道热效应影响下光传输仿真参数校准方法与装置，以解决上述问题。

发明内容

针对上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种激光内通道热效应影响下光传输仿真参数校准方法与装置。本发明通过构建机器学习方法中的神经网络模型，将试验可直接测得的工况参数及该工况参数对应的工况条件下的全光链路光束波前Zernike系数数组作为神经网络模型训练数据的输入部分，并将仿真过程中需要提前设定的仿真参数作为神经网络模型训练数据的输出部分，建立试验可测的仿真数据与提前设定的仿真参数之间的映射关系；并结合相应装置进行真实激光内通道光传输试验，采集试验数据并导入已训练完成的深层神经网络模型中作为输入，利用该模型计算输出各工况条件下准确的仿真参数，以提高仿真结果的可靠性。

为实现上述目的，本发明提供了一种激光内通道热效应影响下光传输仿真参数校准方法，包括如下步骤：

S1、进行激光内通道热效应影响下的光传输仿真，得到预设工况条件下的全光链路各时刻光束波前Zernike系数数组；

S2、构建并训练神经网络模型，将测试得到的仿真数据和待校准的仿真参数分别作为神经网络模型训练数据的输入部分和输出部分，建立所述仿真数据与所述仿真参数之间的映射关系；所述仿真数据包括所述预设工况条件下的工况参数以及所述全光链路各时刻光束波前Zernike系数数组；

S3、搭建试验光路，采集试验数据并输入已训练完成的神经网络模型中，根据所述神经网络模型的输出结果校准仿真参数。

作为本发明的进一步改进，在步骤S1中，所述激光内通道热效应影响下的光传输仿真包括如下步骤：

S11、建立瞬态有限元仿真模型，以所述仿真参数作为可变参数，在所述工况参数对应的工况条件下对光机内通道模型进行数值仿真；

S12、根据步骤S11中所述数值仿真得到的仿真结果，计算得到代表镜面各时刻热变形的Zernike系数数组、代表透镜各时刻热光效应的Zernike系数数组以及代表穿过流场光束的各时刻波前Zernike系数数组；