自动优化激光模式的固体激光器谐振腔系统

摘要

自动优化激光模式的固体激光器谐振腔系统，由输出腔镜、反射变形镜、增益介质、窄带滤波片、光斑探测器、分光镜、功率计、高压放大器、主控计算机、望远镜，图像采集卡、聚焦透镜、控制算法组成。本发明利用一块高反射率的反射变形镜取代普通的平面反射镜作为谐振腔的反射端镜，通过优化反射变形镜背后各个驱动器上的电压，使之发生形变，产生相位补偿量校正掉谐振腔内的各种高低阶像差，抑制高阶激光模式的产生，创造利于谐振腔输出基模激光的条件，得到高质量，高亮度的基模输出。本发明不用增加谐振腔的复杂性，具有结构简单，控制方便的优点，使激光器在不大为降低输出功率的同时又能输出光束质量良好的基模激光。

主权项

自动优化激光模式的固体激光器谐振腔系统，其特征在于：主要包括输出腔镜(4)组成的谐振腔、高压放大器(11)、主控计算机(10)、望远镜(2)、功率计(7)、聚焦透镜(8)、窄带滤波片(5)，反射变形镜(1)作为固体激光器谐振腔的高反射端镜，望远镜(2)将谐振腔内的光束口径与反射变形镜(1)口径匹配，经过增益介质(3)将激光放大后，由输出腔镜(4)输出光束，该光束经过窄带滤波片(5)过滤掉除了主要输出波长激光以外的其它杂光，该输出激光入射到分光镜(6)上后，一束透过被功率计(7)接收以便实时测量功率，另一束反射到聚焦透镜(8)并被聚焦在其焦平面上的光斑探测器(9)上，主控计算机(10)内的图像采集卡采集光斑探测器(9)探测到的光强信号，利用此信号作为主控计算机(10)中控制算法要优化的目标函数，主控计算机(10)把经过全局遗传控制算法运算得到的电压信号输出到高压放大器(11)，该信号再经过高压放大器(11)放大，施加在反射变形镜(1)的各个驱动器上，使反射变形镜(1)朝着让目标函数优化的方向产生相应的变形量，当目标函数最优时，在反射变形镜(1)形变范围内的谐振腔中的各种像差得到补偿，输出的光束为光束质量良好的基模光束；所述的全局遗传控制算法实现如下：(1)首先随机产生个体数量为15‑100的初始种群，每个个体分别对应作为谐振腔端镜的变形镜的一个面形；(2)初始化种群后，采用实数编码对种群中的个体进行编码；(3)编码后，计算每个镜面个体的对应的适应度，以光斑探测器探测到的光强信号作为遗传算法的要优化的适应度函数；(4)在各个个体的适应度被计算出来以后，根据与适应度成正比例的轮盘赌选择方式进行选择操作，再按照交叉概率0.5‑0.99以单点交叉的方式对种群中被选择出来的个体两两进行交叉操作，然后再按照变异概率0.001‑0.9对种群中的部分个体本身进行变异操作； (5)遗传算法每经过以上4个步骤执行一次，就会产生一个新的种群，不断迭代执行以上4个步骤，直到算法满足预先设定的中止条件。