專利名稱：基于隨機(jī)并行優(yōu)化算法的光束偏轉(zhuǎn)與凈化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光束控制方法，尤其是一種基于隨機(jī)并行優(yōu)化算法的裝置， 能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)光束偏轉(zhuǎn)與凈化。
背景技術(shù)：
光束偏轉(zhuǎn)與凈化在高能激光技術(shù)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。在高能激光系統(tǒng) 中，激光介質(zhì)折射率分布不均勻、諧振腔失調(diào)以及光學(xué)元件加工精度限制引起 的面形誤差等因素均會(huì)導(dǎo)致激光器輸出光束波面發(fā)生畸變，降低光束質(zhì)量，因 此必須采取光束凈化措施校正波面畸變以提高光束質(zhì)量。另一方面，靈巧、快 速的光束偏轉(zhuǎn)控制是實(shí)現(xiàn)目標(biāo)跟蹤和激光精確打擊的保證。已有的技術(shù)途徑， 大多利用鏡面的機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)光束偏轉(zhuǎn)控制，利用變形鏡進(jìn)行光束凈化。光束 偏轉(zhuǎn)和光束凈化器件是分離的，對(duì)分離器件的控制需要不同的控制策略和控制
信號(hào)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。近年來(lái)出現(xiàn)的基于空間光調(diào)制器(SLM)的無(wú)機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng) 光束控制技術(shù)(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(guān)注。這種方法用體積緊湊的空間 光調(diào)制器取代了傳統(tǒng)的機(jī)械式轉(zhuǎn)鏡，但是由于空間光調(diào)制器制作材料損傷閾值 的性能限制，目前還很難應(yīng)用到高能激光領(lǐng)域。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種基于隨機(jī)并行優(yōu)化算法的光束偏轉(zhuǎn)控制與凈化裝置。該 裝置只利用一個(gè)變形反射鏡作為光束控制器件，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)光束偏轉(zhuǎn)與凈化， 簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)高能激光系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。利用變形反射鏡作為光束偏轉(zhuǎn)控制器件，不僅 克服了常見(jiàn)無(wú)機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)光束控制器件(如空間光調(diào)制器)損傷閾值低的缺陷，還 具備響應(yīng)速度快(104Hz量級(jí))、動(dòng)態(tài)行程范圍大、對(duì)較寬波段范圍內(nèi)(近紅外到 淺紫)的激光均能實(shí)現(xiàn)光束偏轉(zhuǎn)控制和凈化的特點(diǎn)。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是基于隨機(jī)并行優(yōu)化算法，以目標(biāo)光強(qiáng)分布為評(píng)價(jià)函數(shù)，通過(guò)對(duì)變形反射鏡 的閉環(huán)控制，在控制光束偏轉(zhuǎn)的同時(shí)進(jìn)行光束凈化。其特點(diǎn)在于在隨機(jī)并行 優(yōu)化算法中，光束位置信息和光束質(zhì)量信息為同 -判據(jù)；根據(jù)光束質(zhì)量評(píng)價(jià)系 統(tǒng)提供的信息，對(duì)變形鏡實(shí)施閉環(huán)控制，使得光束位置信息和光束質(zhì)量信息的 判據(jù)達(dá)到極值，同時(shí)實(shí)現(xiàn)光束偏轉(zhuǎn)和光束凈化。整個(gè)系統(tǒng)包括激光源1，準(zhǔn)直擴(kuò)
束系統(tǒng)2，變形反射鏡3，縮束系統(tǒng)4，分束鏡5，主激光器成像系統(tǒng)6，光束質(zhì) 量評(píng)價(jià)系統(tǒng)7，隨機(jī)并行優(yōu)化算法控制器8，變形鏡驅(qū)動(dòng)單元9。在準(zhǔn)直擴(kuò)束系 統(tǒng)2與縮束系統(tǒng)4之間設(shè)有變形反射鏡3，在縮束系統(tǒng)4與主激光器成像系統(tǒng)6 之間設(shè)有分束鏡5。
所述的激光源1種類(lèi)不限，可以是固體激光器、氣體激光器、光纖激光器 等各種類(lèi)型的連續(xù)激光源；所述的準(zhǔn)直擴(kuò)束系統(tǒng)2種類(lèi)不限，可以是任何能夠 實(shí)現(xiàn)光束準(zhǔn)直擴(kuò)束的器件；所述的變形反射鏡3為壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)的變形反射鏡； 所述的縮束系統(tǒng)4種類(lèi)不限，可以是任何能夠?qū)崿F(xiàn)光束縮束的器件；所述的分 束鏡5種類(lèi)不限，可以是任何能夠?qū)崿F(xiàn)光束分束的器件；所述的主激光器成像 系統(tǒng)6種類(lèi)不限，可以是CCD， COMS等成像器件構(gòu)成的系統(tǒng)；所述的光束質(zhì)量 評(píng)價(jià)系統(tǒng)7通過(guò)光電成像器件或光電探測(cè)器件，將目標(biāo)區(qū)域光強(qiáng)作為評(píng)價(jià)函數(shù)， 光電成像器件或光電探測(cè)器件類(lèi)型不限；所述的隨機(jī)并行優(yōu)化算法控制器8類(lèi) 型不限，可以是計(jì)算機(jī)、大規(guī)模集成電路等能夠執(zhí)行該算法控制的器件；隨機(jī) 并行優(yōu)化算法控制器8上執(zhí)行的優(yōu)化算法類(lèi)型不限，可以是隨機(jī)并行梯度下降 算法、模擬退火算法、遺傳算法等；所述的變形鏡驅(qū)動(dòng)單元9種類(lèi)不限，可以 是任何能夠驅(qū)動(dòng)變形反射鏡的器件。
本發(fā)明已經(jīng)被發(fā)明人所在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的光束控制和凈化實(shí)驗(yàn)證實(shí)，這種基 于隨機(jī)并行優(yōu)化算法的光束偏轉(zhuǎn)控制與凈化方案完全可行。
采用本發(fā)明可以達(dá)到以下技術(shù)效果
1 、本發(fā)明提供了 一種基于隨機(jī)并行優(yōu)化算法的光束偏轉(zhuǎn)控制與凈化裝置，
4在控制光束偏轉(zhuǎn)同時(shí)實(shí)現(xiàn)光束凈化。光束偏轉(zhuǎn)控制與光束凈化方法利用一個(gè)器 件同時(shí)實(shí)現(xiàn)光束偏轉(zhuǎn)控制和光束凈化，較之以往系統(tǒng)結(jié)構(gòu)得到了簡(jiǎn)化。
2、 本發(fā)明提供的光束偏轉(zhuǎn)控制與光束凈化裝置利用壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)的變形反 射鏡的實(shí)現(xiàn)了光束的偏轉(zhuǎn)，較普通機(jī)械式偏轉(zhuǎn)方式速度快，克服了常見(jiàn)無(wú)機(jī)械 轉(zhuǎn)動(dòng)光束控制器件(如空間光調(diào)制器)損傷閾值低的缺陷。
3、 本發(fā)明光束偏轉(zhuǎn)與光束凈化裝置中控制參數(shù)由隨機(jī)并行優(yōu)化算法控制器 生成。控制器上執(zhí)行的可以是隨機(jī)并行梯度下降算法、模擬退火算法、遺傳算 法等，只要算法參數(shù)選擇適當(dāng)，算法能精確收斂到全局最優(yōu)值，保證束偏轉(zhuǎn)與 光束凈化同時(shí)得到實(shí)現(xiàn)。


圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理示意圖
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，整個(gè)系統(tǒng)包括激光源l，準(zhǔn)直擴(kuò)束系統(tǒng)2，變形反射鏡3，縮 束系統(tǒng)4，分束鏡5，主激光器成像系統(tǒng)6，光束質(zhì)量評(píng)價(jià)系統(tǒng)7，隨機(jī)并行優(yōu) 化算法控制器8，變形鏡驅(qū)動(dòng)單元9。
本發(fā)明同時(shí)進(jìn)行光束偏轉(zhuǎn)控制和光束凈化的實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下 激光源1輸出光經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直擴(kuò)束系統(tǒng)2擴(kuò)束到變形鏡反射鏡3的鏡面大小， 變形反射鏡3將激光束反射到縮束系統(tǒng)4上，縮束系統(tǒng)4將光束縮束到適當(dāng)大 小，以使主激光成像系統(tǒng)6成像器件和光束質(zhì)量評(píng)價(jià)系統(tǒng)7的探測(cè)器件能夠有 效地接受；分束鏡5將光分為兩束， 一束進(jìn)入主激光成像系統(tǒng)6， 一束進(jìn)入光束 質(zhì)量評(píng)價(jià)系統(tǒng)7;主激光成像系統(tǒng)6用于觀察遠(yuǎn)場(chǎng)成像情況，光束質(zhì)量評(píng)價(jià)系統(tǒng) 7采集光束質(zhì)量和位置信息，向隨機(jī)并行優(yōu)化算法控制器8提供的判據(jù)，隨機(jī)并 行優(yōu)化算法控制器8根據(jù)最優(yōu)化原理，輸出相應(yīng)的控制信號(hào)，通過(guò)變形鏡驅(qū)動(dòng) 單元9加到變形反射鏡3上，在變形反射鏡3上形成一個(gè)閉環(huán)控制。由于隨機(jī) 并行優(yōu)化算法的判據(jù)同時(shí)代表了光束位置信息和光束質(zhì)量信息。根據(jù)隨機(jī)并行優(yōu)化算法，在設(shè)定目標(biāo)點(diǎn)位置的情況下，通過(guò)對(duì)變形反射鏡的閉環(huán)控制，使得 光束位置信息和光束質(zhì)量信息的判據(jù)達(dá)到極值，在控制光束偏轉(zhuǎn)同時(shí)實(shí)現(xiàn)光束 凈化。
權(quán)利要求
1、基于隨機(jī)并行優(yōu)化算法的光束偏轉(zhuǎn)與凈化裝置，包括激光源(1)、準(zhǔn)直擴(kuò)束系統(tǒng)(2)、光束質(zhì)量評(píng)價(jià)系統(tǒng)(7)、隨機(jī)并行優(yōu)化算法控制器(8)、變形鏡驅(qū)動(dòng)單元(9)，其特征在于在準(zhǔn)直擴(kuò)束系統(tǒng)(2)與縮束系統(tǒng)(4)之間設(shè)有變形反射鏡(3)，在縮束系統(tǒng)(4)與主激光器成像系統(tǒng)(6)之間設(shè)有分束鏡(5)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于隨機(jī)并行優(yōu)化算法的光束偏轉(zhuǎn)與凈化裝置， 其特征在于分束鏡(5)將光分為兩束， 一束進(jìn)入主激光成像系統(tǒng)(6)， 一束進(jìn)入 光束質(zhì)量評(píng)價(jià)系統(tǒng)(7)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于隨機(jī)并行優(yōu)化算法的光束偏轉(zhuǎn)與凈化裝置， 其特征在于光束質(zhì)量評(píng)價(jià)系統(tǒng)(7)采集光束質(zhì)量和位置信息，向隨機(jī)并行優(yōu)化算 法控制器(8)提供的判據(jù)，隨機(jī)并行優(yōu)化算法控制器(8)根據(jù)最優(yōu)化原理，輸出 相應(yīng)的控制信號(hào)，通過(guò)變形鏡驅(qū)動(dòng)單元(9)加到變形反射鏡(3)上，在變形反射 鏡(3)上形成一個(gè)閉環(huán)控制。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于隨機(jī)并行優(yōu)化算法的光束偏轉(zhuǎn)與凈化裝置， 其特征在于該裝置通過(guò)隨機(jī)并行優(yōu)化算法控制器同時(shí)實(shí)現(xiàn)光束偏轉(zhuǎn)控制與光束 凈化。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于隨機(jī)并行優(yōu)化算法的光束偏轉(zhuǎn)與凈化裝置， 其特征在于變形反射鏡(3)為壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)的變形反射鏡。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于基于隨機(jī)并行優(yōu)化算法的光束偏轉(zhuǎn)與凈化裝置。該裝置利用一個(gè)變形反射鏡作為光束控制器件，在控制光束偏轉(zhuǎn)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)光束凈化。在隨機(jī)并行優(yōu)化算法中，以目標(biāo)光強(qiáng)分布為評(píng)價(jià)函數(shù)，光束位置信息和光束質(zhì)量信息為同一判據(jù)；根據(jù)光束質(zhì)量評(píng)價(jià)系統(tǒng)提供的判據(jù)，對(duì)變形鏡實(shí)施閉環(huán)控制，使得光束位置信息和光束質(zhì)量信息的判據(jù)達(dá)到極值，從而同時(shí)實(shí)現(xiàn)光束偏轉(zhuǎn)和光束凈化。
文檔編號(hào)G02B26/08GK101464560SQ20091004240
公開(kāi)日2009年6月24日 申請(qǐng)日期2009年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月4日
發(fā)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(tǒng), 馬閻星 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)