基于SPGD优化算法的正支共焦非稳腔自动准直调整技术研究

论文摘要

谐振腔的自动准直调整技术是实现高能激光器系统自动化的关键技术之一。如果谐振腔的腔镜失调,将导致激光器输出功率和光束质量的下降,甚至产生极其不均匀的强度分布。本文针对高能激光器中常用腔型之一的正支共焦非稳腔,进行自动准直调整技术的研究。论文首先阐述了国内外典型的非稳腔自动准直调整方法,提出了应用随机并行梯度下降(SPGD)优化算法实现正支共焦非稳腔的自动准直调整方法;其次对正支共焦非稳腔的模式特征和失调特性进行了理论分析;然后构建了正支共焦非稳腔的自动准直调整系统实验平台,选取了合适的评价光腔准直程度的系统性能评价函数,完成了基于SPGD控制算法的系统软件编程;最终实现了失调腔自动准直调整的闭环控制。实验结果表明,在腔镜倾斜失调0~170μrad、偏心失调0~1mm范围内,该方法可实现腔镜失调的自动准直调整。本文的工作为今后的高能激光器自动调腔系统的工程应用提供了一种新的技术方法。

论文目录

• 图目录
• 表目录
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 非稳腔调腔方法的现状与发展趋势
• 1.1.1 人工调腔方法的发展
• 1.1.2 自动准直调整技术的探索与发展
• 1.2 课题研究的意义与方法
• 1.3 论文的主要工作
• 第二章 正支共焦非稳腔的模式特征和失调特性分析
• 2.1 正支共焦非稳腔的结构特点
• 2.1.1 正支共焦非稳腔的构成
• 2.1.2 正支共焦非稳腔的输出方式
• 2.2 正支共焦非稳腔的模式特征分析
• 2.2.1 基于FFT 方法的模式特征分析
• 2.2.2 环形光束的衍射理论
• 2.3 正支共焦非稳腔的腔镜失调特性分析
• 2.3.1 几何光学分析法
• 2.3.2 衍射积分方程分析方法
• 2.4 近场光强不均匀性对远场光束质量的影响
• 2.5 小结
• 第三章 基于SPGD 优化算法的正支共焦非稳腔自动准直调整系统
• 3.1 随机并行梯度下降（SPGD）算法原理
• 3.1.1 SPGD 算法原理
• 3.1.2 算法优化
• 3.2 实验系统的结构组成和调腔原理
• 3.3 主要器件及性能参数
• 3.3.1 五维电动可调腔镜镜架及控制器的性能参数
• 3.3.2 CCD 相机的性能参数
• 3.4 系统性能评价函数J 的选取与计算
• 3.4.1 系统的性能评价函数J 的选取
• 3.4.2 系统性能评价函数J 的计算
• 3.5 系统噪声源分析和降噪措施
• 3.5.1 多帧图像平均法
• 3.6 实验研究中人工调腔的方法和步骤
• 3.7 自动准直调整系统的软件实现
• 3.7.1 基于SPGD 优化算法的自动控制软件流程
• 3.7.2 RS232 串口通信编程实现
• 3.7.3 图像采集程序的编程实现
• 3.8 小结
• 第四章 自动准直调整实验结果和分析
• 4.1 近场观测实验
• 4.1.1 人工调腔精度的测量
• 4.2 远场探测实验
• 4.3 腔镜失调的自动准直校正实验
• 4.3.1 SPGD 算法中随机扰动δu 幅度的大小确定
• 4.3.2 腔镜失调的自动准直校正实验
• 4.3.3 SPGD 控制算法对腔镜扰动的稳定性验证
• 4.3.4 光斑漂移对自动准直校正的影响
• 4.4 小结
• 第五章 总结和展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文