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题名:
基于SPGD硬件控制平台的光纤激光相干合成系统性能优化研究
作者: 刘红梅
学位类别: 硕士
答辩日期: 2015-05
授予单位: 中国科学院研究生院
授予地点: 北京
导师: 李新阳 ; 王彩霞
关键词: 光纤激光,相干合成,自适应光纤准直器,双二阶数字滤波,随机并行梯度下降算法,硬件控制平台
学位专业: 电子与通信工程
中文摘要: 基于随机并行梯度下降算法(SPGD算法)的光纤激光相干合成方案是获得高亮度、高质量的相干合成光束的有效途径。实现光纤激光相干合成的关键是校正各组束间的相位误差。相位控制精度和控制带宽是评价系统校正能力的两个主要指标,它依赖于算法特性、算法实现平台和相位控制器件特性。本文主要研究基于SPGD算法的光纤激光相干合成系统的性能优化问题,主要包括基于现场可编程逻辑门阵列(FPGA)的硬件控制平台实现和自适应光纤准直器(AFOC)的谐振性能优化两个方面。
首先,基于实际应用的光纤激光相干合成系统,开发了一个基于FPGA的硬件控制平台,该平台最多可以完成21单元光束的相干合成控制。然后结合平台的硬件特性,从相位控制精度和系统控制带宽两个评价指标的角度分析了硬件控制平台的性能。理论分析得知,该平台的锁相和倾斜控制的理论带宽分别为1.37 kHz和9 Hz。
然后,首次将双二阶数字滤波器用于优化AFOC的谐振特性,完成了该滤波器相关的理论推导和仿真分析。结果表明,该方法可以有效地抑制AFOC的谐振峰,提高AFOC的有效控制带宽。另外基于现有AFOC器件的谐振特性,结合阶梯减振结构和双二阶数字滤波器两种方法设计了一套减振方案,将AFOC的有效带宽从1kHz提高到2.5kHz。
再者,结合自主开发的硬件平台和双二阶数字滤波器技术,基于实际应用的相干合成系统完成了各控制模块的分析、设计、编程和调试。控制模块主要包括数据采集、伪随机数生成、SPGD控制迭代、电压同步输出、双二阶数字滤波器、参数配置、信息显示和数据交换,通过各模块的组合可以实现该平台的锁相控制和倾斜控制功能。
最后,搭建了一个基于硬件控制平台的七路光纤激光相干合成系统,在室内弱湍流情况下,分别完成了基于硬件控制平台的锁相和倾斜控制实验,并从桶中功率(PIB)、相位控制精度和系统控制带宽三个方面分析了系统性能。锁相实验结果表明,PIB值从锁相前的0.32提高到锁相后的1.20,系统实际相位控制精度为1/19 ,锁相控制带宽约为1kHz;倾斜控制实验结果表明,PIB值从开环时的0.45提高到闭环后的0.68,倾斜控制带宽约为6Hz。
全文为后续基于SPGD算法的光纤激光相干合成系统的实际应用和性能提高提供了有效的硬件支撑和技术基础。
语种: 中文
内容类型: 学位论文
URI标识: http://ir.ioe.ac.cn/handle/181551/3019
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刘红梅-基于SPGD控制电路的光纤激光相干合成系统性能优化研究 20150608.docx(18472KB)学位论文--限制开放View 联系获取全文

作者单位: 中国科学院光电所

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刘红梅. 基于SPGD硬件控制平台的光纤激光相干合成系统性能优化研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2015.
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