摘要：随机并行梯度下降(SPGD)算法是实现大功率主振荡功率放大器相干合成的有效手段之一.分析了SPGD算法用于相干合成的基本原理,设计了基于SPGD算法的相位控制系统,给出了基于该SPGD控制器的相干合成实验结果.理论分析表明,SPGD算法控制器的迭代速率为200kHz,对于两路相干合成的平均控制带宽大于12.5kHz,最优控制精度可达1/179个波长.实验表明,SPGD控制器能够实现高速的相位控制.在相位噪声幅度大于1/10个波长、频率为3kHz的情况下,有效地实现了两路激光的相位锁定,相位残差控制在1/25个波长内.

摘要：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。

摘要：随机并行梯度下降(SPGD)算法是一种无波前探测自适应光学(AO)控制技术,具有很强的应用潜力。设计并实现了基于现场可编程门阵列(FPGA)的SPGD算法处理机,使用热风式湍流模拟装置产生动态波前扰动,搭建了61单元自适应光学系统SPGD算法动态波前畸变校正实验系统。用于性能指标测量的CCD帧频为2900 Hz,SPGD算法处理机迭代速度可达近千次每秒,自适应光学系统实现了对动态波前畸变的补偿。实验结果表明该自适应光学系统对动态模拟湍流具有良好的校正效果,闭环后的性能指标比开环时平均提高了30倍以上,远场光斑峰值平均提升了10倍。通过对性能指标的频谱分析,表明该基于SPGD算法的自适应光学系统的有效带宽为10 Hz。

摘要：介绍了随机并行梯度下降(SPGD)算法,并设计了基于此算法的两路主振荡并联放大相干合成(MOPA-CBC)实验系统。该系统采用10 W级掺镱光纤放大器引入相位误差,同时采用铌酸锂相位调制器进行校正。开环时,分析了放大器工作在不同状态下系统中的相位噪声。闭环后,得到了稳定的相干合成光束,合成光束的平均亮度提高到之前的1.5倍,相位平移峰谷(PV)值降低到100.8 nm,系统校正精度达到1/(10λ),控制带宽约为100 Hz。实验结果表明,SPGD算法能有效地发挥锁相控制功能。

摘要：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。

摘要：为校正大口径量子通信望远镜的静态像差,提高接收信号光的能量集中度,提出了基于随机并行梯度下降(SPGD)算法的静态像差校正方法。该方法不同于经典的自适应光学校正方法,无需波前传感器,可有效降低系统的复杂性。对SPGD算法进行了分析,在此基础上利用64单元变形镜和CCD探测器搭建了校正平台,并将该校正平台应用到青海湖量子通信地面站望远镜系统,对700mm望远镜的静态像差进行了校正,远场光斑直径由校正前的58μm改善为30μm,验证了SPGD算法对望远镜波前畸变校正的可行性。

摘要：分析了衍射光学元件实现共孔径相干合成的物理过程,建立了基于衍射光学元件的共孔径相干合成数学模型,推导了合成光束复振幅与入射光束和衍射光学元件相位分布之间的关系。提出用合成光束强度分布的均匀性作为评价函数的优化方法,获得了一维衍射合束器的相位分布。与文献报道的衍射光学元件分束器相比,可获得更高的合成效率。采用模拟退火算法结合随机并行梯度下降算法优化合束器设计,提高了计算效率,获得了多束衍射合束器的相位分布和合成效率。分析了单子束失效及合束器像差对合成效率的影响,结果表明:随着合束数量的增加,单子束失效对合成效率的影响逐渐减小;若使合成效率退化小于5%,衍射光学元件的波像差均方根值应控制在λ/28以内。

摘要：报道了32路光纤激光相干阵列的相位锁定实验研究。搭建了32路光纤激光相干阵列实验系统,基于现场可编程逻辑阵列(FPGA)设计制作了高速高精度相位控制器。当相位控制器执行随机并行梯度下降(SPGD)算法对各路激光的相位进行锁定时,相干阵列输出的激光功率与不进行相位锁定时相比提高了约26倍。

摘要：针对硅基光学相控阵芯片输出的光束质量受波导刻蚀和键合过程中相位噪声的影响,基于随机并行梯度下降算法以高速单点光电探测器为性能评价函数采集器研制相位控制器,构建一维64阵元硅基光学相控阵芯片光束优化的原理实验系统,实现硅基光学相控阵芯片的快速相位噪声补偿。接着研究相位控制器性能与硅基光学相控阵芯片响应特性匹配关系对光束优化效果的影响,初始光场强度对随机并行梯度下降算法收敛时间的影响,以及环境温度对相位噪声补偿效果的影响。实验结果表明,系统完成单个角度的光束优化时间为0.26 s,优化后的光束各项指标与器件设计吻合。

摘要：基于随机并行梯度下降算法(SPGD)和现场可编程逻辑阵列(FPGA)设计制作了相干合成(CBC)相位控制器。理论分析表明,该控制器单次迭代速率大于1.125MHz,对于2路和16路相干合成,其平均控制带宽的理论值分别大于70kHz和9kHz,与现有的SPGD算法相位控制器相比有了量级上的提高。利用该控制器进行了验证性实验,表明该控制器能够实现高速高精度相位控制。当利用相位控制器对两路激光的相位进行锁定时,目标圆孔内能量提高了1.51倍,远场光斑对比度提高了5.29倍。