光纤激光相干合成主动相位控制算法研究
发布时间：2023-02-10 18:55
光纤激光器凭借其较高的转换效率、良好的光束质量以及紧凑的系统结构,在激光加工、医疗美容和军事国防等领域有着广阔的应用前景。由于光纤增益介质的非线性效应和器件热效应等因素的影响,单根光纤激光器的输出功率是有限的。光纤激光相干合成技术是能够突破单根光纤激光器的功率极限获得高光束质量高功率激光输出较为有效的途径之一。光束相位的快速准确控制技术是实现光纤激光相干合成的关键技术之一,对其进行深入研究可以进一步推进相干合成技术工程化应用。本文以基于主振荡放大(MOPA)方案的光纤激光相干合成系统为研究框架,以相干合成主动相位控制算法为重点研究对象。对传统的主动相位控制算法——随机并行梯度下降(SPGD)算法进行了深入研究,并结合深度学习中的优化算法对其进行改进,通过仿真和实验验证了SPGD算法及其改进算法在相干合成系统中的有效性。本论文的工作为实际相干合成系统的的设计和算法选择提供了理论参考。文章的主要研究内容如下:一、对光纤激光光束合成技术和主动相位控制技术进行了回顾与分析;介绍了光纤激光光束合成技术的国内外研究现状,分析比较了光纤激光相干合成和非相干合成的优缺点;详细介绍了相干合成主动相位控制...
【文章页数】：185 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 光束合成国内外研究现状
1.2.1 相干合成技术
1.2.2 非相干合成技术
1.3 主动相位控制技术研究现状
1.3.1 外差法
1.3.2 抖动法
1.3.3 随机并行梯度下降(SPGD)算法
1.4 论文研究内容及结构
第2章 光纤激光相干合成基本理论
2.1 光纤激光相干合成理论模型
2.1.1 相干合成的基本结构
2.1.2 相干合成的数学模型
2.2 相干合成影响因素分析
2.2.1 填充因子
2.2.2 相位误差
2.2.3 强度误差
2.2.4 偏振误差
2.3 湍流大气对相干合成的影响
2.3.1 折射率起伏功率谱模型
2.3.2 随机介质光束传输理论
2.3.3 湍流大气中阵列光束的平均光强
2.3.4 湍流大气中阵列光束的光强闪烁
2.4 本章小结
第3章 随机并行梯度下降算法相位控制技术
3.1 SPGD算法
3.1.1 算法的基本原理
3.1.2 SPGD算法的收敛性分析
3.2 SPGD算法相干合成静态仿真分析
3.2.1 可行性验证
3.2.2 算法的参数优化
3.3 SPGD算法相干合成动态仿真分析
3.3.1 相位噪声
3.3.2 系统控制带宽分析
3.4 SPGD算法对湍流大气校正效果研究
3.4.1 相位屏仿真方法
3.4.2 湍流大气对SPGD算法的影响
3.5 本章小结
第4章 改进的SPGD算法相位控制技术
4.1 自适应增益SPGD算法
4.1.1 算法的基本原理
4.1.2 算法的收敛性分析
4.1.3 自适应增益SPGD算法相干合成仿真分析
4.2 带有动量项的SPGD算法
4.2.1 算法的基本原理
4.2.2 算法的收敛性分析
4.2.3 带有动量项的SPGD算法相干合成仿真分析
4.3 AdmSPGD算法
4.3.1 算法的描述
4.3.2 AdmSPGD算法相干合成仿真分析
4.4 AdmSPGD算法对湍流大气校正效果研究
4.5 本章小结
第5章 目标在回路相干合成技术
5.1 目标在回路相干合成系统的数学模型
5.1.1 光束传输模块
5.1.2 目标散射模块
5.1.3 回波接收模块
5.2 目标在回路相干合成仿真分析
5.2.1 有限目标
5.2.2 扩展目标
5.3 本章小结
第6章 主动相位控制算法的实验研究
6.1 两路光纤激光相干合成实验研究
6.1.1 实验方案
6.1.2 硬件介绍
6.1.3 系统参数对合成效果的影响
6.1.4 无湍流环境下相干合成实验研究
6.1.5 湍流环境下相干合成实验研究
6.2 多路光纤激光相干合成实验研究
6.2.1 实验方案
6.2.2 三路光纤激光相干合成
6.2.3 四路光纤激光相干合成
6.2.4 相位控制单元对相干合成效果的影响
6.3 目标在回路相干合成系统实验研究
6.3.1 实验方案
6.3.2 多路光纤激光目标在回路相干合成
6.3.3 目标特性对系统闭环控制效果的影响
6.4 本章小结
第7章 总结与展望
7.1 主要完成的工作
7.2 论文创新工作
7.3 研究展望
参考文献
致谢
指导教师简介
作者简历
作者攻读学位期间发表的学术论文与研究成果
本文编号：3739730
【文章页数】：185 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 光束合成国内外研究现状
1.2.1 相干合成技术
1.2.2 非相干合成技术
1.3 主动相位控制技术研究现状
1.3.1 外差法
1.3.2 抖动法
1.3.3 随机并行梯度下降(SPGD)算法
1.4 论文研究内容及结构
第2章 光纤激光相干合成基本理论
2.1 光纤激光相干合成理论模型
2.1.1 相干合成的基本结构
2.1.2 相干合成的数学模型
2.2 相干合成影响因素分析
2.2.1 填充因子
2.2.2 相位误差
2.2.3 强度误差
2.2.4 偏振误差
2.3 湍流大气对相干合成的影响
2.3.1 折射率起伏功率谱模型
2.3.2 随机介质光束传输理论
2.3.3 湍流大气中阵列光束的平均光强
2.3.4 湍流大气中阵列光束的光强闪烁
2.4 本章小结
第3章 随机并行梯度下降算法相位控制技术
3.1 SPGD算法
3.1.1 算法的基本原理
3.1.2 SPGD算法的收敛性分析
3.2 SPGD算法相干合成静态仿真分析
3.2.1 可行性验证
3.2.2 算法的参数优化
3.3 SPGD算法相干合成动态仿真分析
3.3.1 相位噪声
3.3.2 系统控制带宽分析
3.4 SPGD算法对湍流大气校正效果研究
3.4.1 相位屏仿真方法
3.4.2 湍流大气对SPGD算法的影响
3.5 本章小结
第4章 改进的SPGD算法相位控制技术
4.1 自适应增益SPGD算法
4.1.1 算法的基本原理
4.1.2 算法的收敛性分析
4.1.3 自适应增益SPGD算法相干合成仿真分析
4.2 带有动量项的SPGD算法
4.2.1 算法的基本原理
4.2.2 算法的收敛性分析
4.2.3 带有动量项的SPGD算法相干合成仿真分析
4.3 AdmSPGD算法
4.3.1 算法的描述
4.3.2 AdmSPGD算法相干合成仿真分析
4.4 AdmSPGD算法对湍流大气校正效果研究
4.5 本章小结
第5章 目标在回路相干合成技术
5.1 目标在回路相干合成系统的数学模型
5.1.1 光束传输模块
5.1.2 目标散射模块
5.1.3 回波接收模块
5.2 目标在回路相干合成仿真分析
5.2.1 有限目标
5.2.2 扩展目标
5.3 本章小结
第6章 主动相位控制算法的实验研究
6.1 两路光纤激光相干合成实验研究
6.1.1 实验方案
6.1.2 硬件介绍
6.1.3 系统参数对合成效果的影响
6.1.4 无湍流环境下相干合成实验研究
6.1.5 湍流环境下相干合成实验研究
6.2 多路光纤激光相干合成实验研究
6.2.1 实验方案
6.2.2 三路光纤激光相干合成
6.2.3 四路光纤激光相干合成
6.2.4 相位控制单元对相干合成效果的影响
6.3 目标在回路相干合成系统实验研究
6.3.1 实验方案
6.3.2 多路光纤激光目标在回路相干合成
6.3.3 目标特性对系统闭环控制效果的影响
6.4 本章小结
第7章 总结与展望
7.1 主要完成的工作
7.2 论文创新工作
7.3 研究展望
参考文献
致谢
指导教师简介
作者简历
作者攻读学位期间发表的学术论文与研究成果
本文编号：3739730
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/wulilw/3739730.html
