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自适应光学系统随机并行梯度下降控制算法仿真与分析 被引量:50
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作者 杨慧珍 李新阳 姜文汉 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第8期1355-1360,共6页
随机并行梯度下降算法能不依赖波前传感器直接对系统性能进行优化。以32单元变形镜为校正器,采用随机并行梯度下降算法建立了自适应光学系统仿真模型。通过分析该系统对静态波前畸变的校正能力,验证了随机并行梯度下降算法的收敛性;讨... 随机并行梯度下降算法能不依赖波前传感器直接对系统性能进行优化。以32单元变形镜为校正器,采用随机并行梯度下降算法建立了自适应光学系统仿真模型。通过分析该系统对静态波前畸变的校正能力,验证了随机并行梯度下降算法的收敛性;讨论了算法增益系数、随机扰动幅度与收敛速度的关系,并指出通过算法增益系数的自适应调整可以改进算法的收敛速度。 展开更多
关键词 自适应光学 随机并行梯度下降算法 数值仿真 变形镜 收敛
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自适应光学系统几种随机并行优化控制算法比较 被引量:35
2
作者 杨慧珍 李新阳 姜文汉 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第1期11-16,共6页
直接对系统性能指标进行优化是自适应光学系统中一种重要的波前畸变校正方法,选择合适的随机并行优化控制算法是该技术成功实现的关键。以32单元变形镜为校正器,基于多种随机并行优化算法建立自适应光学系统仿真模型。从算法的收敛速度... 直接对系统性能指标进行优化是自适应光学系统中一种重要的波前畸变校正方法,选择合适的随机并行优化控制算法是该技术成功实现的关键。以32单元变形镜为校正器,基于多种随机并行优化算法建立自适应光学系统仿真模型。从算法的收敛速度、校正效果、局部极值3个方面对遗传算法、单向扰动随机并行梯度下降、双向扰动随机并行梯度下降及模拟退火算法进行了比较。仿真结果表明,遗传算法收敛速度太慢,不适用于需要实时控制的自适应光学系统;双向扰动随机并行梯度下降算法收敛速度、校正效果要优于单向扰动随机并行梯度下降,且能够适应各种情况下的扰动电压;模拟退火几乎以概率1收敛到全局极值附近,且收敛速度是上述算法中最快的。 展开更多
关键词 自适应光学系统 随机并行梯度下降算法 模拟退火 遗传算法 数值仿真
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自适应光学系统随机并行梯度下降控制算法实验研究 被引量:35
3
作者 杨慧珍 陈波 +1 位作者 李新阳 姜文汉 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第2期205-210,共6页
随机并行梯度下降算法是一种极具应用潜力的自适应光学系统控制算法,具有不依赖波前传感器直接对系统性能指标进行优化的特点。基于32单元变形镜、CCD成像器件等建立自适应光学系统随机并行梯度下降控制算法实验平台。考察算法增益系数... 随机并行梯度下降算法是一种极具应用潜力的自适应光学系统控制算法,具有不依赖波前传感器直接对系统性能指标进行优化的特点。基于32单元变形镜、CCD成像器件等建立自适应光学系统随机并行梯度下降控制算法实验平台。考察算法增益系数和扰动幅度对校正效果和收敛速度的影响,验证随机并行梯度下降算法的基本原理。实验结果表明参量选取合适的情况下,随机并行梯度下降控制算法对静态或慢变化的畸变波前具有较好的校正能力。根据实验结果分析了影响随机并行梯度下降算法校正速度的主要因素。 展开更多
关键词 自适应光学 随机并行梯度下降算法 光束净化
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主动相位控制光纤激光相干合成的研究 被引量:22
4
作者 刘泽金 周朴 +1 位作者 侯静 许晓军 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第3期518-524,共7页
介绍了三种主动相位控制光纤激光相干合成方案,并分别利用这三种方案实现了3路瓦量级光纤放大器的相干合成。根据理论分析和实验研究的结果,对三种方案各自的优缺点进行了比较分析。对光纤激光相干合成在工程实际中面临的一些共性因素... 介绍了三种主动相位控制光纤激光相干合成方案,并分别利用这三种方案实现了3路瓦量级光纤放大器的相干合成。根据理论分析和实验研究的结果,对三种方案各自的优缺点进行了比较分析。对光纤激光相干合成在工程实际中面临的一些共性因素的影响进行了简单讨论。 展开更多
关键词 激光器 光纤激光器 相干合成 相位控制 外差法 多抖动法 随机并行梯度下降算法
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点目标成像自适应光学随机并行梯度下降算法性能指标与收敛速度 被引量:24
5
作者 陈波 杨慧珍 +2 位作者 张金宝 李新阳 姜文汉 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第5期1143-1148,共6页
在自适应光学中,随机并行梯度下降(SPGD)算法通过对系统的性能指标直接优化从而校正波前像差,具有很强的应用潜力。在点目标成像自适应光学系统中,SPGD算法经常采用强度分布平方和、平均半径和环围能量作为系统的性能指标进行优化。利... 在自适应光学中,随机并行梯度下降(SPGD)算法通过对系统的性能指标直接优化从而校正波前像差,具有很强的应用潜力。在点目标成像自适应光学系统中,SPGD算法经常采用强度分布平方和、平均半径和环围能量作为系统的性能指标进行优化。利用数值仿真分析了三种性能指标与畸变波前的均方根之间的关系。建立了一套实验平台,通过静态波前畸变校正实验,分析了SPGD算法采用以上三种不同的性能指标时的校正效果。实验结果与前面的数值仿真结果一致,表明SPGD取平均半径作为性能指标进行优化时效果较好。实验还分析了控制通道数目对收敛速度的影响。结果表明随着控制通道数目的增加性能指标曲线收敛所需的迭代次数显著增加,与驱动器个数的平方根之间存在一个近似的线性关系。 展开更多
关键词 自适应光学 随机并行梯度下降算法 性能指标 收敛速度
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大气湍流像差对单模光纤耦合效率的影响分析及实验研究 被引量:24
6
作者 罗文 耿超 李新阳 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第6期38-44,共7页
空间激光到单模光纤(SMF)耦合技术是自由空间激光通信中的关键技术之一。在Matlab环境下仿真分析了单项波前像差和大气湍流像差对空间光到SMF耦合效率的影响,研究了随机并行梯度下降(SPGD)算法校正大气湍流中整体倾斜像差的迭代过程及... 空间激光到单模光纤(SMF)耦合技术是自由空间激光通信中的关键技术之一。在Matlab环境下仿真分析了单项波前像差和大气湍流像差对空间光到SMF耦合效率的影响,研究了随机并行梯度下降(SPGD)算法校正大气湍流中整体倾斜像差的迭代过程及对耦合效率的影响。仿真结果表明,SMF耦合效率随单项波前像差均方根(RMS)增加而降低,校正大气湍流中整体倾斜像差后,SMF耦合效率都有提高;当D/r0较小时,大气湍流像差中影响SMF耦合效率的主要像差为倾斜像差。搭建了基于SPGD算法的闭环控制系统,利用自适应光纤耦合器(AFC)校正模拟湍流倾斜像差后,SMF平均耦合效率从30.07%提升到了61.72%;耦合效率的均方误差(MSE)从7.28%降低到2.16%。 展开更多
关键词 光通信 光纤耦合 大气湍流像差 自适应光纤耦合器 随机并行梯度下降算法
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随机并行梯度下降算法模拟两路光纤放大器相干合成与实验研究 被引量:19
7
作者 周朴 刘泽金 +3 位作者 马阎星 王小林 许晓军 郭少锋 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第2期431-436,共6页
对利用随机并行梯度下降(SPGD)算法对多路光纤放大器相干合成进行了数值模拟,并进行了两路瓦级光纤放大器相干合成的实验。实验结果表明,SPGD算法能够有效控制各路光纤激光的相位,系统闭环将目标圆孔内的能景提高了1.57倍;并使得目标圆... 对利用随机并行梯度下降(SPGD)算法对多路光纤放大器相干合成进行了数值模拟,并进行了两路瓦级光纤放大器相干合成的实验。实验结果表明,SPGD算法能够有效控制各路光纤激光的相位,系统闭环将目标圆孔内的能景提高了1.57倍;并使得目标圆孔内能量大于理想值8O%的概率从27.7%提升到了70.3%。取得了较为明显的相干合成效果。对算法用于多路高功率光纤放大器相干合成的可行性进行了探讨。 展开更多
关键词 激光器 光纤放大器 相干合成 随机并行梯度下降算法
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相干合成中基于SPGD算法的平移误差和倾斜误差控制 被引量:16
8
作者 母杰 景峰 +3 位作者 王逍 朱启华 李志林 张军伟 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第6期17-21,共5页
随机并行梯度下降算法(SPGD)是控制多路激光束的相位锁定,实现相干合成的一种有效方式。在分析平移误差和倾斜误差对相干合成(CBC)影响的基础上,建立2×2排布的光束模型探讨了该算法中的增益系数和扰动幅值对平移误差和倾斜误差控... 随机并行梯度下降算法(SPGD)是控制多路激光束的相位锁定,实现相干合成的一种有效方式。在分析平移误差和倾斜误差对相干合成(CBC)影响的基础上,建立2×2排布的光束模型探讨了该算法中的增益系数和扰动幅值对平移误差和倾斜误差控制的影响,并对增益系数的优化进行了分析。研究结果表明,要提高相干合成的效果,必须同时校正平移误差和倾斜误差;随着增益系数和扰动幅值的增加,SPGD算法的收敛速度加快,但计算精度降低,系统会发生振荡;自适应更新增益系数是一种有效的参数优化方式,可很好平衡算法收敛速度和计算精度问题。为大型固体短脉冲激光装置中基于SPGD算法进行相干合成研究提供了理论参考。 展开更多
关键词 激光光学 随机并行梯度下降算法 平移误差 倾斜误差 相干合成 短脉冲激光
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高能激光系统的新技术与新结构 被引量:11
9
作者 周朴 许晓军 +3 位作者 刘泽金 陈子伦 陈金宝 赵伊君 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2008年第1期37-42,共6页
在从实验室走向实际应用的过程中,现有高能激光系统涉及的关键技术(如自适应光学、光束控制)遇到了较难解决的问题。对这些问题进行了探讨,分析和总结近年来提出的几项能够解决现有系统面临问题的新技术。介绍高能激光系统的新结构——A... 在从实验室走向实际应用的过程中,现有高能激光系统涉及的关键技术(如自适应光学、光束控制)遇到了较难解决的问题。对这些问题进行了探讨,分析和总结近年来提出的几项能够解决现有系统面临问题的新技术。介绍高能激光系统的新结构——APPLE(Adaptive Photonic Phase-Locked Elements),该结构集成了近年来出现的几项新技术,并已取得初步的进展,具有较强的应用前景。最后对APPLE结构需要解决的技术难题进行了简单的探讨。 展开更多
关键词 高能激光 自适应光学 光束控制 相干合成 随机并行梯度下降算法 液晶 全息光栅
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自适应光学技术在大气光通信系统中的应用进展 被引量:11
10
作者 杨慧珍 李新阳 姜文汉 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2007年第10期61-68,共8页
大气光通信中大气湍流引起的相位噪声和光强起伏噪声会严重影响通信系统的通信质量,自适应光学补偿可在一定程度上解决问题。常规自适应光学技术对于解决上行链路、下行链路中的湍流扰动问题得到了理论和实验验证。强闪烁现象的存在使... 大气光通信中大气湍流引起的相位噪声和光强起伏噪声会严重影响通信系统的通信质量,自适应光学补偿可在一定程度上解决问题。常规自适应光学技术对于解决上行链路、下行链路中的湍流扰动问题得到了理论和实验验证。强闪烁现象的存在使得常规自适应光学技术在水平链路中的应用受限,不使用波前传感器的自适应光学技术则为这一问题的解决提供了可能方案。随机并行梯度下降算法是该类自适应光学技术中一种较有应用前途的控制算法。 展开更多
关键词 自适应光学 大气光通信 大气湍流 随机并行梯度下降算法
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基于改进型SPGD算法的涡旋光波前畸变校正 被引量:12
11
作者 马圣杰 郝士琦 赵青松 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第6期1-7,共7页
涡旋光束经过大气湍流时,其波前会发生畸变,因此需要对畸变的波前进行校正。无波前传感器的波前畸变校正系统基于随机并行梯度下降算法,可以实现对波前畸变的校正,但算法的收敛速度及稳定性受随机扰动电压的影响。结合深度学习理论中改... 涡旋光束经过大气湍流时,其波前会发生畸变,因此需要对畸变的波前进行校正。无波前传感器的波前畸变校正系统基于随机并行梯度下降算法,可以实现对波前畸变的校正,但算法的收敛速度及稳定性受随机扰动电压的影响。结合深度学习理论中改进的梯度下降算法,对随机并行梯度下降算法中随机扰动电压的迭代方式进行调整,并分析不同湍流强度下改进型算法的校正效果。仿真结果表明:在弱湍流条件下,需优先选择基于RMSprop的改进型算法;而在中等湍流和强湍流条件下则需要结合实际需求从算法的稳定性、性能评价函数大小以及收敛速度等方面考虑,选择合适的校正算法。 展开更多
关键词 大气光学 涡旋光 大气湍流 波前畸变校正 随机并行梯度下降算法 深度学习
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高分辨率空间光学系统位置误差的无波前传感综合校正 被引量:12
12
作者 韩杏子 胡新奇 俞信 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第6期264-269,共6页
高分辨率三反射式空间光学系统的三个镜子之间的相对位置误差会影响整个系统的性能,需要进行空间在轨调校。提出一种新的无波前传感综合校正方法,将随机并行梯度下降算法、相位变更法和灵敏度矩阵反演法相结合,既保留了灵敏度矩阵反演... 高分辨率三反射式空间光学系统的三个镜子之间的相对位置误差会影响整个系统的性能,需要进行空间在轨调校。提出一种新的无波前传感综合校正方法,将随机并行梯度下降算法、相位变更法和灵敏度矩阵反演法相结合,既保留了灵敏度矩阵反演法的校正精度,又大大提高了可校正误差的动态范围。该方法无须使用波前传感器,系统简单,实现容易。对一个典型的三反射式空间光学系统进行了大动态范围位置误差在轨综合校正的计算机仿真,结果表明,该方法大大提高了可校正误差范围,同时实现了很高的校正精度。 展开更多
关键词 光学遥感 在轨调校 无波前传感法 随机并行梯度下降算法 相位变更法 灵敏度矩阵反演法
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基于随机并行梯度下降算法光纤激光相干合成的高精度相位控制系统 被引量:10
13
作者 王小林 周朴 +4 位作者 马阎星 马浩统 许晓军 刘泽金 赵伊君 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2010年第2期973-979,共7页
随机并行梯度下降(SPGD)算法是实现大功率主振荡功率放大器相干合成的有效手段之一.分析了SPGD算法用于相干合成的基本原理,设计了基于SPGD算法的相位控制系统,给出了基于该SPGD控制器的相干合成实验结果.理论分析表明,SPGD算法控制器... 随机并行梯度下降(SPGD)算法是实现大功率主振荡功率放大器相干合成的有效手段之一.分析了SPGD算法用于相干合成的基本原理,设计了基于SPGD算法的相位控制系统,给出了基于该SPGD控制器的相干合成实验结果.理论分析表明,SPGD算法控制器的迭代速率为200kHz,对于两路相干合成的平均控制带宽大于12.5kHz,最优控制精度可达1/179个波长.实验表明,SPGD控制器能够实现高速的相位控制.在相位噪声幅度大于1/10个波长、频率为3kHz的情况下,有效地实现了两路激光的相位锁定,相位残差控制在1/25个波长内. 展开更多
关键词 光纤激光 相干合成 随机并行梯度下降算法 随机并行梯度下降控制器
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模拟退火算法光纤放大器相干合成 被引量:9
14
作者 周朴 马阎星 +3 位作者 王小林 马浩统 许晓军 刘泽金 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第5期973-977,共5页
提出了利用模拟退火算法实现相干合成的思路。对利用模拟退火算法实现多路光纤放大器相干合成进行了数值模拟,验证了方法的有效性,并分析了算法收敛速度与合成光束数目的关系。进行了两路W量级光纤放大器相干合成的实验,结果表明,模拟... 提出了利用模拟退火算法实现相干合成的思路。对利用模拟退火算法实现多路光纤放大器相干合成进行了数值模拟,验证了方法的有效性,并分析了算法收敛速度与合成光束数目的关系。进行了两路W量级光纤放大器相干合成的实验,结果表明,模拟退火算法能够有效控制各路光纤激光的相位,系统闭环将目标圆孔内的能量提高了1.8倍,并使得目标圆孔内能量大于理想值80%的概率从19.4%提升到了51.3%,取得了较为明显的相干合成效果。 展开更多
关键词 光纤放大器 相干合成 模拟退火算法 主动相位控制 随机并行梯度下降算法
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基于高效随机并行梯度下降算法的板条激光光束净化 被引量:10
15
作者 马士青 杨平 +1 位作者 赖柏衡 苏春轩 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第8期175-182,共8页
为解决传统随机梯度下降(SPGD)算法参数难以实时调节、收敛速度较慢的难题,提出了一种基于自适应增益及联合指标优化的高效SPGD算法,建立了该算法的数值仿真模型,并将该算法用于千瓦级板条激光器的光束净化。仿真结果表明:与传统SPGD算... 为解决传统随机梯度下降(SPGD)算法参数难以实时调节、收敛速度较慢的难题,提出了一种基于自适应增益及联合指标优化的高效SPGD算法,建立了该算法的数值仿真模型,并将该算法用于千瓦级板条激光器的光束净化。仿真结果表明:与传统SPGD算法相比,提出的算法无需参数调节,且收敛速度和收敛效果均有显著提升,在对千瓦级板条激光器的光束净化实验中,激光光束质量β由7.89优化至1.95。 展开更多
关键词 激光光学 光束净化 板条激光器 自适应光学 随机并行梯度下降算法
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32路光纤激光相干阵列的相位锁定 被引量:10
16
作者 粟荣涛 周朴 +2 位作者 王小林 马阎星 许晓军 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第11期1-2,共2页
报道了32路光纤激光相干阵列的相位锁定实验研究。搭建了32路光纤激光相干阵列实验系统,基于现场可编程逻辑阵列(FPGA)设计制作了高速高精度相位控制器。当相位控制器执行随机并行梯度下降(SPGD)算法对各路激光的相位进行锁定时,相干阵... 报道了32路光纤激光相干阵列的相位锁定实验研究。搭建了32路光纤激光相干阵列实验系统,基于现场可编程逻辑阵列(FPGA)设计制作了高速高精度相位控制器。当相位控制器执行随机并行梯度下降(SPGD)算法对各路激光的相位进行锁定时,相干阵列输出的激光功率与不进行相位锁定时相比提高了约26倍。 展开更多
关键词 相干合成 光纤激光 相位锁定 随机并行梯度下降算法
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基于随机并行梯度下降算法的多级波前校正技术 被引量:9
17
作者 王三宏 梁永辉 +2 位作者 龙学军 于起峰 谢文科 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第5期1091-1096,共6页
为提高基于随机并行梯度下降(SPGD)算法的高分辨率自适应光学(AO)系统的有效校正带宽,提出了分级SPGD波前校正的方法。在每一级SPGD波前校正中,将高分辨率波前校正器的控制单元按位置分成多组,每一组都施加相同的控制电压作为一个控制... 为提高基于随机并行梯度下降(SPGD)算法的高分辨率自适应光学(AO)系统的有效校正带宽,提出了分级SPGD波前校正的方法。在每一级SPGD波前校正中,将高分辨率波前校正器的控制单元按位置分成多组,每一组都施加相同的控制电压作为一个控制变量。采用的校正级越高,独立的控制变量的数目也越多。多级SPGD自适应光学系统按从低到高的等级顺序对畸变波前进行校正。以一个具有16×16控制单元的分立活塞式波前校正器为基础建立了基于3级SPGD波前校正的自适应光学系统的数值模型,并针对大气湍流引起的某一帧随机相位屏做了模拟校正实验。结果表明采用分级波前校正后收敛速度提高了23%,此方法确实提高了基于随机并行梯度下降算法的自适应光学系统的有效校正带宽。 展开更多
关键词 自适应光学 随机并行梯度下降算法 多级波前校正 高分辨率波前校正器 有效校正带宽
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多维耦合器校正空间光-单模光纤耦合对准误差 被引量:9
18
作者 吴加丽 柯熙政 +2 位作者 杨尚君 王勇哲 尹奔康 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第7期32-42,共11页
根据高斯光束传输理论,分析了径向偏差、端面倾斜偏差和轴向偏差等对准误差对空间光-单模光纤(SMF)耦合效率的影响。数值计算和实验结果表明,当端面与径向之间的夹角Ω为90°和270°时,3种对准误差对耦合效率的影响相互独立,当... 根据高斯光束传输理论,分析了径向偏差、端面倾斜偏差和轴向偏差等对准误差对空间光-单模光纤(SMF)耦合效率的影响。数值计算和实验结果表明,当端面与径向之间的夹角Ω为90°和270°时,3种对准误差对耦合效率的影响相互独立,当夹角Ω=180°时,耦合效率有最大值。为更好地补偿对准误差对SMF耦合效率的影响,基于压电陶瓷设计了具有5自由度耦合装置的光纤耦合器,并结合变增益型随机并行梯度下降算法寻找空间光-SMF的最佳对准姿态。实验结果表明,5自由度光纤耦合器可以很好地实现不同对准误差的校正,系统闭环后SMF耦合效率达到53.2%。 展开更多
关键词 光通信 高斯光束 耦合效率 随机并行梯度下降算法
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随机并行梯度下降算法实现16路光纤激光相位锁定 被引量:8
19
作者 周朴 王小林 +3 位作者 马阎星 马浩统 许晓军 刘泽金 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第2期367-369,共3页
利用随机并行梯度下降(SPGD)算法实现16路光纤激光相位锁定。通过数字信号处理器(DSP)上执行随机并行梯度下降算法实现对各路激光相位的控制,系统闭环时的激光功率提高为开环时的近12倍。
关键词 光纤激光器 相干合成 随机并行梯度下降算法 激光相位锁定
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基于液晶相控阵高精度高效率光束偏转数值仿真 被引量:8
20
作者 师宇斌 马浩统 +2 位作者 马阎星 吕洋 司磊 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第2期194-198,共5页
液晶相控阵技术通过对光束波前进行控制,实现一定视场范围内高精度、任意角度的光束偏转。研究了基于多孔干涉原理和随机并行梯度下降算法实现光束偏转的方法,并通过对这两种方法进行数值仿真,实现对远场目标的指向,重点分析对比两者的... 液晶相控阵技术通过对光束波前进行控制,实现一定视场范围内高精度、任意角度的光束偏转。研究了基于多孔干涉原理和随机并行梯度下降算法实现光束偏转的方法,并通过对这两种方法进行数值仿真,实现对远场目标的指向,重点分析对比两者的指向精度和偏转效率。提出了一种新型的光束偏转方法,这种方法能够在整个光束偏转范围内都具有较大的指向精度和偏转效率。 展开更多
关键词 光通信 液晶相控阵 多孔干涉 随机并行梯度下降算法 光束偏转
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