专利名称：基于随机并行优化算法的光束偏转与净化装置的制作方法
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 Nonmech.anical. Beam Steering. 0PN， 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 -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，縮束系统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与縮束系统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； 所述的縮束系统4种类不限，可以是任何能够实现光束縮束的器件；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，
4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。
图1为本发明的系统结构原理示意图
具体实施例方式
如图1所示，整个系统包括激光源l，准直扩束系统2，变形反射镜3，縮 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。
本发明同时进行光束偏转控制和光束净化的实现过程如下 激光源1输出光经过准直扩束系统2扩束到变形镜反射镜3的镜面大小， 变形反射镜3将激光束反射到縮束系统4上，縮束系统4将光束縮束到适当大 小，以使主激光成像系统6成像器件和光束质量评价系统7的探测器件能够有 效地接受；分束镜5将光分为两束， 一束进入主激光成像系统6， 一束进入光束 质量评价系统7;主激光成像系统6用于观察远场成像情况，光束质量评价系统 7采集光束质量和位置信息，向随机并行优化算法控制器8提供的判据，随机并 行优化算法控制器8根据最优化原理，输出相应的控制信号，通过变形镜驱动 单元9加到变形反射镜3上，在变形反射镜3上形成一个闭环控制。由于随机 并行优化算法的判据同时代表了光束位置信息和光束质量信息。根据随机并行优化算法，在设定目标点位置的情况下，通过对变形反射镜的闭环控制，使得 光束位置信息和光束质量信息的判据达到极值，在控制光束偏转同时实现光束 净化。
权利要求
1、基于随机并行优化算法的光束偏转与净化装置，包括激光源(1)、准直扩束系统(2)、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)，其特征在于在准直扩束系统(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)。
2、 根据权利要求1所述的基于随机并行优化算法的光束偏转与净化装置， 其特征在于分束镜(5)将光分为两束， 一束进入主激光成像系统(6)， 一束进入 光束质量评价系统(7)。
3、 根据权利要求1所述的基于随机并行优化算法的光束偏转与净化装置， 其特征在于光束质量评价系统(7)采集光束质量和位置信息，向随机并行优化算 法控制器(8)提供的判据，随机并行优化算法控制器(8)根据最优化原理，输出 相应的控制信号，通过变形镜驱动单元(9)加到变形反射镜(3)上，在变形反射 镜(3)上形成一个闭环控制。
4、 根据权利要求1所述的基于随机并行优化算法的光束偏转与净化装置， 其特征在于该装置通过随机并行优化算法控制器同时实现光束偏转控制与光束 净化。
5、 根据权利要求1所述的基于随机并行优化算法的光束偏转与净化装置， 其特征在于变形反射镜(3)为压电陶瓷驱动的变形反射镜。
全文摘要
本发明涉及一种基于基于随机并行优化算法的光束偏转与净化装置。该装置利用一个变形反射镜作为光束控制器件，在控制光束偏转的同时实现光束净化。在随机并行优化算法中，以目标光强分布为评价函数，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判据，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，从而同时实现光束偏转和光束净化。
文档编号G02B26/08GK101464560SQ20091004240
公开日2009年6月24日 申请日期2009年1月4日 优先权日2009年1月4日
发明者刘泽金, 吴武明, 朴 周, 姜宗福, 霄 李, 梁永辉, 王三宏, 王小林, 许晓军, 郭少锋, 陈金宝, 马浩统, 马阎星 申请人:中国人民解放军国防科学技术大学