SPGD算法在光纤激光相干阵列光束控制中的应用 被引量：9

1

作者 王小林 周朴 +3 位作者 马阎星 马浩统 许晓军 赵伊君 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第10期2874-2878,共5页

主动相位控制的光纤激光阵列相干合成在提高输出功率的同时能够保证良好的光束质量,其关键技术在于光纤激光相干阵列的锁相控制。基于随机并行梯度下降(SPGD)算法的锁相控制方案不仅具有控制策略简单、系统结构紧凑的优点,而且通过算法... 主动相位控制的光纤激光阵列相干合成在提高输出功率的同时能够保证良好的光束质量,其关键技术在于光纤激光相干阵列的锁相控制。基于随机并行梯度下降(SPGD)算法的锁相控制方案不仅具有控制策略简单、系统结构紧凑的优点,而且通过算法性能评价函数和迭代参数的选取,能够对光纤激光相干阵列进行多种锁相控制,从而得到各种形式的阵列合成光束输出,实现与自适应光子锁相元件整列(APPLE)系统阵列的有效契合。理论研究并实验实现了基于SPGD算法的相位控制方案的同相相干合成锁相控制、合成光束主极大偏转控制和空心光束产生等功能,验证了基于SPGD算法的全电光束控制在各种形态光束控制中的可行性。 展开更多

关键词 光纤光学 锁相控制 随机并行梯度下降(spgd)算法 相干合成 光束偏转 空心光束

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随机并行梯度下降算法用于光纤激光相干合成的理论与实验研究 被引量：8

2

作者 周朴 刘泽金 +2 位作者 王小林 马阎星 许晓军 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第8期2232-2237,共6页

介绍了随机并行梯度下降(SPGD)算法用于相干合成的基本理论,利用数值模拟的方法对实际相干合成实验中涉及到的算法评价函数、扰动电压分布等参数进行优化选取,确定了实验中应选择的最佳评价函数、扰动电压分布和扰动方式。利用数字信号... 介绍了随机并行梯度下降(SPGD)算法用于相干合成的基本理论,利用数值模拟的方法对实际相干合成实验中涉及到的算法评价函数、扰动电压分布等参数进行优化选取,确定了实验中应选择的最佳评价函数、扰动电压分布和扰动方式。利用数字信号处理器(DSP)执行SPGD算法,实时控制各路光束的相位,实现了三路瓦量级保偏光纤放大器输出光束的相干合成。实验结果表明,SPGD算法能够有效控制各路光纤激光的相位,系统闭环将合成光束目标圆孔内的能量提高了2.62倍,合成效率达到了理想情形的87%,远场光斑对比度为85%。 展开更多

关键词 自适应光学 光纤激光器 相干合成 随机并行梯度下降(spgd)算法

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基于随机并行梯度下降算法的自适应光学实时并行处理机 被引量：7

3

作者 王彩霞 李梅 +1 位作者 李新阳 叶红卫 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第11期3076-3081,共6页

基于随机并行梯度下降(SPGD)算法的自适应光学系统通过直接优化系统的性能评价函数来控制波前校正器以补偿光束中存在的波前畸变。但由于算法收敛速度的影响,在一定程度上限制了SPGD在自适应光学系统中的应用。在对SPGD控制算法分析的... 基于随机并行梯度下降(SPGD)算法的自适应光学系统通过直接优化系统的性能评价函数来控制波前校正器以补偿光束中存在的波前畸变。但由于算法收敛速度的影响,在一定程度上限制了SPGD在自适应光学系统中的应用。在对SPGD控制算法分析的基础上,充分提取和发掘算法内在的并发性,采用流水线和并行处理技术,设计并实现了基于现场可编程门阵列(FPGA)加数字信号处理器(DSP)的单指令流多数据流(SIMD)结构实时并行处理机,实现了SPGD控制算法由表达层到结构层的优化映射。该处理机应用在激光光束净化自适应光学系统中,同时实现了对变形镜和倾斜镜的控制。实验结果表明,采用基于SPGD算法自适应光学实时并行波前处理机具有很快的收敛速度,可以有效地校正激光出光过程中的光束波前相差和光束漂移误差。 展开更多

关键词 自适应光学 随机并行梯度下降算法 波前处理机 并行处理 单指令流多数据流结构

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随机并行梯度下降算法在激光束整形中的应用 被引量：7

4

作者 刘磊 郭劲 +3 位作者 赵帅 姜振华 孙涛 王挺峰 《中国光学》 EI CAS 2014年第2期260-266,共7页

为了满足高光束质量要求,校正激光束在传输过程中产生的波前畸变,改善激光位相分布,进而提高聚焦光斑的能量集中度,基于79单元微机械薄膜变形镜(MMDM)搭建了一套激光束整形实验系统。利用随机并行梯度下降(SPGD)算法,分别选择聚焦光斑... 为了满足高光束质量要求,校正激光束在传输过程中产生的波前畸变,改善激光位相分布,进而提高聚焦光斑的能量集中度,基于79单元微机械薄膜变形镜(MMDM)搭建了一套激光束整形实验系统。利用随机并行梯度下降(SPGD)算法,分别选择聚焦光斑半径、形心为中心的环围能量比和质心为中心的环围能量比作为算法性能指标,开展了激光束整形实验研究。3种情况下,分别经过58次、197次、133次迭代趋于收敛,但光斑半径作为性能指标时振荡严重;环围能量比从整形前的0.200 5、0.127 7、0.200 5分别增加到整形后的0.669 9、0.733 9、0.864 0。实验结果表明:MMDM用于激光束整形具有良好的效果,光斑半径作为性能指标整形速度最快,其次为质心环围能量比,形心环围能量比最慢;质心环围能量比作为性能指标整形效果最好,其次为形心环围能量比,光斑半径最差。综合比较,质心环围能量比作为性能指标时综合效果最好。 展开更多

关键词 随机并行梯度下降算法 激光束整形 微机械薄膜变形镜 性能指标

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基于Ronchi光栅Talbot效应的相位恢复 被引量：6

5

作者 陈升 李常伟 张思炯 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第4期38-45,共8页

提出了一种基于Ronchi光栅Talbot效应的相位恢复方法。将CCD相机置于Ronchi光栅的Talbot距离处,记录Ronchi光栅的自成像强度分布。通过随机并行梯度下降(SPGD)算法优化Zernike多项式系数,恢复入射相位。数值模拟实验结果表明,所提出的... 提出了一种基于Ronchi光栅Talbot效应的相位恢复方法。将CCD相机置于Ronchi光栅的Talbot距离处,记录Ronchi光栅的自成像强度分布。通过随机并行梯度下降(SPGD)算法优化Zernike多项式系数,恢复入射相位。数值模拟实验结果表明,所提出的方法能够快速实现高精度的相位恢复,具有收敛速度快、精度高、抗噪声等优点。 展开更多

关键词 光栅 光计算 相位恢复 随机并行梯度下降(spgd)算法 Ronchi光栅 TALBOT效应 ZERNIKE多项式

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基于随机并行梯度下降算法的自适应光学系统带宽 被引量：5

6

作者 陈波 李新阳 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2013年第3期69-74,共6页

对基于随机并行梯度下降(SPGD)算法的自适应光学(AO)系统带宽进行了理论研究和实验分析。首先通过分析算法的随机扰动特性,研究了算法收敛速度与波前校正器单元数之间的关系。在此基础上,通过与基于哈特曼-夏克(H-S)波前传感器的传统自... 对基于随机并行梯度下降(SPGD)算法的自适应光学(AO)系统带宽进行了理论研究和实验分析。首先通过分析算法的随机扰动特性,研究了算法收敛速度与波前校正器单元数之间的关系。在此基础上,通过与基于哈特曼-夏克(H-S)波前传感器的传统自适应光学系统相对比,对基于SPGD算法的自适应光学系统带宽进行了理论分析,并通过动态波前畸变校正实验进行了实验验证,实验结果与带宽理论分析基本一致。研究结果为设计和合理应用基于SPGD算法的自适应光学系统提供了依据。 展开更多

关键词 自适应光学 随机并行梯度下降算法 带宽 收敛速度 闭环

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激光场相干叠加光束合成技术 被引量：4

7

作者 李彬 叶一东 +4 位作者 颜宏 田飞 陈黎 罗佳 马立斌 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第10期146-150,共5页

光束拼接激光相干合成中,拼接占空比不高导致合成光束能量集中度不够理想,为了解决这个问题,提出了激光场相干叠加光束合成技术路线,设计了基于半反半透合束镜的多级激光场相干叠加光束合成方案。研究了子光束之间的光强差和波面误差对... 光束拼接激光相干合成中,拼接占空比不高导致合成光束能量集中度不够理想,为了解决这个问题,提出了激光场相干叠加光束合成技术路线,设计了基于半反半透合束镜的多级激光场相干叠加光束合成方案。研究了子光束之间的光强差和波面误差对相干合成的影响,结果表明,激光场相干叠加光束合成中,对参与合成子光束的光强差、相位差的容差均不难满足:仅考虑单一因素时,子束光强相差三倍时合成效率仍可达90%,相位误差小于π/5时,合成效率可达到90.5%。搭建了基于半透半反合束镜的两束激光场相干叠加光束合成实验装置,实验验证了激光场相干叠加光束合成技术的可行性,在闭环情况下得到了稳定的合成光束输出,合成效率可达95%以上。 展开更多

关键词 激光场相干叠加 光束合成 相干合成 spgd算法

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用于稀疏孔径成像系统光程控制的自适应控制算法研究

8

作者 钱俊宏 陶冶 张蓉竹 《机电工程》 CAS 北大核心 2023年第10期1624-1632,1640,共10页

目前,稀疏孔径成像系统共相误差校正效果不佳,为此,提出了一种用于稀疏孔径成像系统光程控制的自适应控制算法。首先,分析了仅有前馈控制存在的累积误差问题,并由此引出了改进的比例-微分-积分(PID)反馈控制结构和表达式;然后,将两者结... 目前,稀疏孔径成像系统共相误差校正效果不佳,为此,提出了一种用于稀疏孔径成像系统光程控制的自适应控制算法。首先,分析了仅有前馈控制存在的累积误差问题,并由此引出了改进的比例-微分-积分(PID)反馈控制结构和表达式;然后,将两者结合,形成了前馈-改进PID反馈的复合控制系统,并用该系统对单个压电陶瓷进行了控制仿真;最后,采用一种随机并行梯度下降(SPGD)算法,以成像清晰度为优化目标,将稀疏孔径成像系统中的多个压电陶瓷组成了联合控制系统;通过搭建精密光程调控系统实验平台,对单个压电陶瓷采用前馈-PID反馈复合控制系统进行了1μm、5μm、8μm和10μm位移跟踪实验。实验结果表明:不同位移的响应曲线基本与期望位移曲线重合,不同位移的响应时间能有效控制在0.08 s以内,位置误差能有效控制在±3 nm以内;将SPGD联合控制系统用于1个三孔径稀疏孔径成像系统中,进行了分辨率板成像对比实验,对共相误差校正前后图像进行了定量评价(校正前,评价值J 1=0.54;校正后,评价值J 2=0.78)。研究结果表明:该联合控制系统能有效控制光程精度,校正共相误差,实现子光束干涉成像的目标。 展开更多

关键词 共相误差校正 压电陶瓷 随机并行梯度下降算法 复合控制技术 精密光程调控系统 子光束干涉成像

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基于SPGD算法的光纤激光偏振控制理论与实验研究 被引量：2

9

作者 尹明 粟荣涛 +2 位作者 王小林 马阎星 马鹏飞 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2018年第9期90-97,共8页

对非保偏光纤放大器进行偏振控制是获得高功率线偏振光纤激光输出的有效途径。介绍了光纤放大器偏振控制的原理,对基于随机并行梯度下降(SPGD)算法的偏振控制进行了理论仿真,分析了算法性能评价函数、扰动电压分布类型、增益步进、扰动... 对非保偏光纤放大器进行偏振控制是获得高功率线偏振光纤激光输出的有效途径。介绍了光纤放大器偏振控制的原理,对基于随机并行梯度下降(SPGD)算法的偏振控制进行了理论仿真,分析了算法性能评价函数、扰动电压分布类型、增益步进、扰动幅度等参数对偏振控制效果的影响。利用现场可编程门逻辑阵列(FPGA)执行SPGD算法,控制输出光的偏振态,获得了消光比大于11dB的激光输出。 展开更多

关键词 光纤光学 偏振控制 非保偏 消光比 随机并行梯度下降(spgd)算法

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SPGD算法光束净化中光强起伏对校正效果的影响研究 被引量：2

10

作者 王小林 王三宏 +5 位作者 周朴 马浩统 马阎星 许晓军 刘泽金 赵伊君 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第5期1396-1401,共6页

尽管无波前传感自适应光学技术可不受闪烁效应等波前畸变条件的限制,能够有效地补偿高能激光的波前畸变以提高光束质量,但是激光器光强起伏和噪声干扰对校正效果却存在严重的影响。分析了光强起伏和噪声干扰对随机并行梯度下降(SPGD)算... 尽管无波前传感自适应光学技术可不受闪烁效应等波前畸变条件的限制,能够有效地补偿高能激光的波前畸变以提高光束质量,但是激光器光强起伏和噪声干扰对校正效果却存在严重的影响。分析了光强起伏和噪声干扰对随机并行梯度下降(SPGD)算法光束净化效果的影响,并进行了相关实验研究。理论分析表明,在光强起伏频率大于等于算法扰动频率时,系统性能随着光强起伏增加而降低;在低频光强起伏时,SPGD算法的抗干扰能力较强。为消除光强起伏对校正效果的影响,提出采用桶中功率作为系统性能评价函数的光束净化方案,理论分析和实验结果都表明,该方案能够有效地消除光强起伏和噪声干扰对校正效果的影响,实现接近校正极限的理想校正效果。 展开更多

关键词 激光光学 光束净化 随机并行梯度下降算法 光强起伏 性能评价函数 桶中功率

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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

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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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