光纖激光器憑借其較高的轉換效率、良好的光束質量以及緊湊的系統(tǒng)結構,在激光加工、醫(yī)療美容和軍事國防等領域有著廣闊的應用前景。由于光纖增益介質的非線性效應和器件熱效應等因素的影響,單根光纖激光器的輸出功率是有限的。光纖激光相干合成技術是能夠突破單根光纖激光器的功率極限獲得高光束質量高功率激光輸出較為有效的途徑之一。光束相位的快速準確控制技術是實現(xiàn)光纖激光相干合成的關鍵技術之一,對其進行深入研究可以進一步推進相干合成技術工程化應用。本文以基于主振蕩放大(MOPA)方案的光纖激光相干合成系統(tǒng)為研究框架,以相干合成主動相位控制算法為重點研究對象。對傳統(tǒng)的主動相位控制算法——隨機并行梯度下降(SPGD)算法進行了深入研究,并結合深度學習中的優(yōu)化算法對其進行改進,通過仿真和實驗驗證了SPGD算法及其改進算法在相干合成系統(tǒng)中的有效性。本論文的工作為實際相干合成系統(tǒng)的的設計和算法選擇提供了理論參考。文章的主要研究內容如下:一、對光纖激光光束合成技術和主動相位控制技術進行了回顧與分析;介紹了光纖激光光束合成技術的國內外研究現(xiàn)狀,分析比較了光纖激光相干合成和非相干合成的優(yōu)缺點;詳細介紹了相干合成主動相位控制...

【文章頁數(shù)】：185 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第1章 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 光束合成國內外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 相干合成技術
        1.2.2 非相干合成技術
    1.3 主動相位控制技術研究現(xiàn)狀
        1.3.1 外差法
        1.3.2 抖動法
        1.3.3 隨機并行梯度下降(SPGD)算法
    1.4 論文研究內容及結構
第2章 光纖激光相干合成基本理論
    2.1 光纖激光相干合成理論模型
        2.1.1 相干合成的基本結構
        2.1.2 相干合成的數(shù)學模型
    2.2 相干合成影響因素分析
        2.2.1 填充因子
        2.2.2 相位誤差
        2.2.3 強度誤差
        2.2.4 偏振誤差
    2.3 湍流大氣對相干合成的影響
        2.3.1 折射率起伏功率譜模型
        2.3.2 隨機介質光束傳輸理論
        2.3.3 湍流大氣中陣列光束的平均光強
        2.3.4 湍流大氣中陣列光束的光強閃爍
    2.4 本章小結
第3章 隨機并行梯度下降算法相位控制技術
    3.1 SPGD算法
        3.1.1 算法的基本原理
        3.1.2 SPGD算法的收斂性分析
    3.2 SPGD算法相干合成靜態(tài)仿真分析
        3.2.1 可行性驗證
        3.2.2 算法的參數(shù)優(yōu)化
    3.3 SPGD算法相干合成動態(tài)仿真分析
        3.3.1 相位噪聲
        3.3.2 系統(tǒng)控制帶寬分析
    3.4 SPGD算法對湍流大氣校正效果研究
        3.4.1 相位屏仿真方法
        3.4.2 湍流大氣對SPGD算法的影響
    3.5 本章小結
第4章 改進的SPGD算法相位控制技術
    4.1 自適應增益SPGD算法
        4.1.1 算法的基本原理
        4.1.2 算法的收斂性分析
        4.1.3 自適應增益SPGD算法相干合成仿真分析
    4.2 帶有動量項的SPGD算法
        4.2.1 算法的基本原理
        4.2.2 算法的收斂性分析
        4.2.3 帶有動量項的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算法對湍流大氣校正效果研究
    4.5 本章小結
第5章 目標在回路相干合成技術
    5.1 目標在回路相干合成系統(tǒng)的數(shù)學模型
        5.1.1 光束傳輸模塊
        5.1.2 目標散射模塊
        5.1.3 回波接收模塊
    5.2 目標在回路相干合成仿真分析
        5.2.1 有限目標
        5.2.2 擴展目標
    5.3 本章小結
第6章 主動相位控制算法的實驗研究
    6.1 兩路光纖激光相干合成實驗研究
        6.1.1 實驗方案
        6.1.2 硬件介紹
        6.1.3 系統(tǒng)參數(shù)對合成效果的影響
        6.1.4 無湍流環(huán)境下相干合成實驗研究
        6.1.5 湍流環(huán)境下相干合成實驗研究
    6.2 多路光纖激光相干合成實驗研究
        6.2.1 實驗方案
        6.2.2 三路光纖激光相干合成
        6.2.3 四路光纖激光相干合成
        6.2.4 相位控制單元對相干合成效果的影響
    6.3 目標在回路相干合成系統(tǒng)實驗研究
        6.3.1 實驗方案
        6.3.2 多路光纖激光目標在回路相干合成
        6.3.3 目標特性對系統(tǒng)閉環(huán)控制效果的影響
    6.4 本章小結
第7章 總結與展望
    7.1 主要完成的工作
    7.2 論文創(chuàng)新工作
    7.3 研究展望
參考文獻
致謝
指導教師簡介
作者簡歷
作者攻讀學位期間發(fā)表的學術論文與研究成果



本文編號：3739730