專利名稱：基于隨機并行優(yōu)化算法的光束偏轉與凈化裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種光束控制方法，尤其是一種基于隨機并行優(yōu)化算法的裝置， 能夠同時實現(xiàn)光束偏轉與凈化。
背景技術：
光束偏轉與凈化在高能激光技術領域得到了廣泛的應用。在高能激光系統(tǒng) 中，激光介質折射率分布不均勻、諧振腔失調(diào)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激光器輸出光束波面發(fā)生畸變，降低光束質量，因 此必須采取光束凈化措施校正波面畸變以提高光束質量。另一方面，靈巧、快 速的光束偏轉控制是實現(xiàn)目標跟蹤和激光精確打擊的保證。已有的技術途徑， 大多利用鏡面的機械轉動實現(xiàn)光束偏轉控制，利用變形鏡進行光束凈化。光束 偏轉和光束凈化器件是分離的，對分離器件的控制需要不同的控制策略和控制
信號，系統(tǒng)結構較為復雜。近年來出現(xiàn)的基于空間光調(diào)制器(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(diào)制器取代了傳統(tǒng)的機械式轉鏡，但是由于空間光調(diào)制器制作材料損傷閾值 的性能限制，目前還很難應用到高能激光領域。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種基于隨機并行優(yōu)化算法的光束偏轉控制與凈化裝置。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(xiàn)光束偏轉與凈化， 簡化了傳統(tǒng)高能激光系統(tǒng)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(diào)制器)損傷閾值低的缺陷，還 具備響應速度快(104Hz量級)、動態(tài)行程范圍大、對較寬波段范圍內(nèi)(近紅外到 淺紫)的激光均能實現(xiàn)光束偏轉控制和凈化的特點。
本發(fā)明的技術解決方案是基于隨機并行優(yōu)化算法，以目標光強分布為評價函數(shù)，通過對變形反射鏡 的閉環(huán)控制，在控制光束偏轉的同時進行光束凈化。其特點在于在隨機并行 優(yōu)化算法中，光束位置信息和光束質量信息為同 -判據(jù)；根據(jù)光束質量評價系 統(tǒng)提供的信息，對變形鏡實施閉環(huán)控制，使得光束位置信息和光束質量信息的 判據(jù)達到極值，同時實現(xiàn)光束偏轉和光束凈化。整個系統(tǒng)包括激光源1，準直擴
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 量評價系統(tǒng)7，隨機并行優(yōu)化算法控制器8，變形鏡驅動單元9。在準直擴束系 統(tǒng)2與縮束系統(tǒng)4之間設有變形反射鏡3，在縮束系統(tǒng)4與主激光器成像系統(tǒng)6 之間設有分束鏡5。
所述的激光源1種類不限，可以是固體激光器、氣體激光器、光纖激光器 等各種類型的連續(xù)激光源；所述的準直擴束系統(tǒng)2種類不限，可以是任何能夠 實現(xiàn)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(tǒng)4種類不限，可以是任何能夠實現(xiàn)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(xiàn)光束分束的器件；所述的主激光器成像 系統(tǒng)6種類不限，可以是CCD， COMS等成像器件構成的系統(tǒng)；所述的光束質量 評價系統(tǒng)7通過光電成像器件或光電探測器件，將目標區(qū)域光強作為評價函數(shù)， 光電成像器件或光電探測器件類型不限；所述的隨機并行優(yōu)化算法控制器8類 型不限，可以是計算機、大規(guī)模集成電路等能夠執(zhí)行該算法控制的器件；隨機 并行優(yōu)化算法控制器8上執(zhí)行的優(yōu)化算法類型不限，可以是隨機并行梯度下降 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(fā)明已經(jīng)被發(fā)明人所在實驗室進行的光束控制和凈化實驗證實，這種基 于隨機并行優(yōu)化算法的光束偏轉控制與凈化方案完全可行。
采用本發(fā)明可以達到以下技術效果
1 、本發(fā)明提供了 一種基于隨機并行優(yōu)化算法的光束偏轉控制與凈化裝置，
4在控制光束偏轉同時實現(xiàn)光束凈化。光束偏轉控制與光束凈化方法利用一個器 件同時實現(xiàn)光束偏轉控制和光束凈化，較之以往系統(tǒng)結構得到了簡化。
2、 本發(fā)明提供的光束偏轉控制與光束凈化裝置利用壓電陶瓷驅動的變形反 射鏡的實現(xiàn)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(diào)制器)損傷閾值低的缺陷。
3、 本發(fā)明光束偏轉與光束凈化裝置中控制參數(shù)由隨機并行優(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，算法能精確收斂到全局最優(yōu)值，保證束偏轉與 光束凈化同時得到實現(xiàn)。


圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)結構原理示意圖
具體實施例方式
如圖1所示，整個系統(tǒng)包括激光源l，準直擴束系統(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，光束質量評價系統(tǒng)7，隨機并行優(yōu) 化算法控制器8，變形鏡驅動單元9。
本發(fā)明同時進行光束偏轉控制和光束凈化的實現(xiàn)過程如下 激光源1輸出光經(jīng)過準直擴束系統(tǒng)2擴束到變形鏡反射鏡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將光束縮束到適當大 小，以使主激光成像系統(tǒng)6成像器件和光束質量評價系統(tǒng)7的探測器件能夠有 效地接受；分束鏡5將光分為兩束， 一束進入主激光成像系統(tǒng)6， 一束進入光束 質量評價系統(tǒng)7;主激光成像系統(tǒng)6用于觀察遠場成像情況，光束質量評價系統(tǒng) 7采集光束質量和位置信息，向隨機并行優(yōu)化算法控制器8提供的判據(jù)，隨機并 行優(yōu)化算法控制器8根據(jù)最優(yōu)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(huán)控制。由于隨機 并行優(yōu)化算法的判據(jù)同時代表了光束位置信息和光束質量信息。根據(jù)隨機并行優(yōu)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(huán)控制，使得 光束位置信息和光束質量信息的判據(jù)達到極值，在控制光束偏轉同時實現(xiàn)光束 凈化。
權利要求
1、基于隨機并行優(yōu)化算法的光束偏轉與凈化裝置，包括激光源(1)、準直擴束系統(tǒng)(2)、光束質量評價系統(tǒng)(7)、隨機并行優(yōu)化算法控制器(8)、變形鏡驅動單元(9)，其特征在于在準直擴束系統(tǒng)(2)與縮束系統(tǒng)(4)之間設有變形反射鏡(3)，在縮束系統(tǒng)(4)與主激光器成像系統(tǒng)(6)之間設有分束鏡(5)。
2、 根據(jù)權利要求1所述的基于隨機并行優(yōu)化算法的光束偏轉與凈化裝置， 其特征在于分束鏡(5)將光分為兩束， 一束進入主激光成像系統(tǒng)(6)， 一束進入 光束質量評價系統(tǒng)(7)。
3、 根據(jù)權利要求1所述的基于隨機并行優(yōu)化算法的光束偏轉與凈化裝置， 其特征在于光束質量評價系統(tǒng)(7)采集光束質量和位置信息，向隨機并行優(yōu)化算 法控制器(8)提供的判據(jù)，隨機并行優(yōu)化算法控制器(8)根據(jù)最優(yōu)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(huán)控制。
4、 根據(jù)權利要求1所述的基于隨機并行優(yōu)化算法的光束偏轉與凈化裝置， 其特征在于該裝置通過隨機并行優(yōu)化算法控制器同時實現(xiàn)光束偏轉控制與光束 凈化。
5、 根據(jù)權利要求1所述的基于隨機并行優(yōu)化算法的光束偏轉與凈化裝置， 其特征在于變形反射鏡(3)為壓電陶瓷驅動的變形反射鏡。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于基于隨機并行優(yōu)化算法的光束偏轉與凈化裝置。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(xiàn)光束凈化。在隨機并行優(yōu)化算法中，以目標光強分布為評價函數(shù)，光束位置信息和光束質量信息為同一判據(jù)；根據(jù)光束質量評價系統(tǒng)提供的判據(jù)，對變形鏡實施閉環(huán)控制，使得光束位置信息和光束質量信息的判據(jù)達到極值，從而同時實現(xiàn)光束偏轉和光束凈化。
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(yōu)先權日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 申請人:中國人民解放軍國防科學技術大學