[发明专利]基于深度学习的光纤激光分孔径相干合成相位控制方法

说明书

基于深度学习的光纤激光分孔径相干合成相位控制方法，先获取非傅里叶平面光斑图像作为训练样本，由训练样本训练分析模型；在光纤激光分孔径相干合成系统中实时获取待控制包含相位噪声的光纤激光发射面阵列光束对应的非傅里叶平面光斑图像，将获取的非傅里叶平面光斑图像输入到训练好的分析模型进行分析，得到产生所述非傅里叶平面光斑图像对应的光纤激光发射面阵列光束中各路光束的相对相位信息，继而对光纤激光发射面阵列光束的活塞相位误差进行初步补偿，并利用随机并行梯度下降算法对初步补偿后的活塞相位误差进行二次补偿，确保有效控制光纤激光发射面阵列光束中各路光束同相输出。本发明有控制精度高，收敛速度快，控制带宽高等优点。

技术领域

本发明涉及光纤激光相干合成领域，尤其涉及一种基于深度学习的光纤激光分孔径相干合成相位控制方法。

背景技术

相干合成技术是实现高平均功率、高光束质量激光输出的有效方式，实现相干合成的关键环节是对各路光束的相位进行控制，确保各路光束同相输出。

但现有技术中：外差法(J.Anderegg,et al.,Proc.of SPIE 6102,61020U(2006).)利用分光镜将阵列光束分束，一部分作为主激光输出，另一部分与参考光干涉，通过探测干涉信号对各路光束的相位进行检测和补偿，从而确保阵列光束相位一致，但此种方法需要提供与合成路数相同的探测器和解调电路，系统的复杂度和调节难度将限制阵列光束路数拓展。

多抖动法(T.M.Shay,Opt.Express 14,12188-12195(2006).)利用不同频率的高频振荡信号作为相位噪声的载波，对相位调制器进行小幅度相位调制，利用带通滤波器和锁相检测在性能评价函数分析模块处对相位噪声进行解调，进而获得并补偿各路光束的相位噪声，实现各路光束同相输出，但此种方法随着阵列光束路数增加，相位噪声的特征频率增加，为保证相位控制系统的带宽高于相位噪声的特征频率，相位调制的载波频率增加，电路制作的难度限制阵列光束路数拓展。

单频抖动法(Y.Ma,et al.,Opt.Lett.35,1308-1310(2010).)采用与多抖动法相同的实验结构，在控制算法上进行改进，仅需要一个调制信号，按照时分复用的方式加载到各路光束相应的相位调制器上，信号处理器分时对各路光束的调制信号进行解调，进而获得并补偿各路光束的相位噪声，实现各路光束相位同步，此种方法的路数拓展能力优于多抖动法，但需要多次迭代，从而收敛到全局最优。

随机并行梯度下降法(P.Zhou,et al.,IEEE J.Sel.Top.Quant.Elect.15,248-256(2009).)将各路光束的相位作为变量，通过执行算法对各路光束的相位进行优化控制，经多次迭代使系统性能评价函数(通常选取合成光束远场的Strehl比或桶中功率)收敛于极值，此种算法无需相位解调电路，有望实现相干合成阵列光束路数拓展的同时不增加系统的复杂度，但随着阵列光束路数的拓展，算法对相位噪声的有效控制带宽下降，限制了大数目激光相干合成的实现。

综上所述，在合成路数较少时，现有技术均能有效实施，但随着合成路数进一步拓展，现有技术的系统复杂度、对相位噪声的控制带宽等因素将限制阵列光束相位控制的有效实施。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种基于深度学习的光纤激光分孔径相干合成相位控制方法，其利用深度学习算法实现对光纤激光分孔径相干合成系统中阵列光束的相位控制，且控制精度高，收敛速度快，控制带宽高。

为实现本发明的技术目的，采用以下技术方案：

基于深度学习的光纤激光分孔径相干合成相位控制方法，包括：

获取光纤激光分孔径相干合成系统的非傅里叶平面光斑图像作为训练样本，由训练样本训练分析模型。