[發明專利]一種基于BP神經網絡的倍頻波前探測方法

有效

• 申請號: 201910938679.1
• 申請日: 2019-09-30
• 公開（公告）號: CN110646100B
• 公開（公告）日: 2021-02-19
• 發明（設計）人: 徐志強;董理治;趙旺;何星;王帥;楊平;許冰
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電技術研究所
• 主分類號: G01J9/00
• 分類號: G01J9/00;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種基于BP神經網絡的倍頻波前探測方法，屬于光學信息測量技術領域，利用澤尼克系數表征含畸變的基頻光束和相應倍頻光束的波前信息并組成訓練集，再通過BP神經網絡擬合兩者之間的非線性關系，BP神經網絡訓練完成后，即可通過采集到的倍頻光波前信息，直接復原出全口徑的待測基頻光束的波前信息。本發明將神經網絡應用到基頻、倍頻光束相位關系的擬合上，簡化了基于非線性倍頻波前探測技術的測量過程，且模型預測過程迅速，足以滿足實時波前探測的需求。

技術領域

本發明屬于光學信息測量技術領域，尤其涉及一種基于BP神經網絡的倍頻波前探測方法。

背景技術

波前探測技術是一門測量光束波前畸變的技術，通過對待測光束進行采樣、調制并測量相應的信號來重構待測光束的波前信息。目前常見的波前傳感器有夏克-哈特曼波前傳感器、剪切干涉儀和曲率傳感器等等。鑒于波前探測在光學檢測、空間目標成像、激光光束凈化等領域的重要應用價值，發展精準靈敏、靈活通用的新型波前探測技術一直是人們研究的熱點。

已有研究人員將非線性倍頻與波前探測相結合，來拓展傳統波前探測技術的測量范圍，但受到相位失配、走離效應等因素的影響,像差在倍頻過程中的傳遞結果不是線性疊加的,而是非線性的，因此難以直接探測。目前研究人員采用的方法是通過末端可移動的光纖耦合器測量倍頻的光強分布來計算光束口徑內不同位置的相位失配量，然后根據相位失配量與光波波矢的關系求得不同位置的波矢方向，再以此擬合待測基頻光束的波前(參見Rocío Borrego-Varillas,Carolina Romero,et al.“Wave-front retrieval ofamplified femtosecond beams by second-harmonic generation”Optics Express.19(23),22851,2011)。但該方法目前只適用于一維波前探測，且測量過程復雜，無法滿足實時波前探測的需求。

發明內容

鑒于上述問題，本發明提出一種基于BP神經網絡的倍頻波前探測方法，BP神經網絡是一種基于誤差反向傳播算法的前饋神經網絡，可有效擬合基頻、倍頻波前之間的非線性關系，實現實時的全口徑倍頻波前探測。

為了達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種基于BP神經網絡的倍頻波前探測方法，包括以下步驟：

S1,根據基頻光、倍頻光波前澤尼克系數構造訓練集；

S2,基于BP神經網絡訓練基頻光波前澤尼克系數和倍頻光波前澤尼克系數對應關系的神經網絡模型；

S3,神經網絡模型構建完成后，將待測基頻光束經非線性晶體進行倍頻，所產生的倍頻光束進入波前傳感器，波前傳感器將探測到的波前信息輸入到計算機；

S4,計算機根據探測到的倍頻光波前信息，計算倍頻光波前澤尼克系數并作為輸入，利用S2構建好的BP神經網絡模型得到待測基頻光波前的澤尼克系數；

S5,計算機根據待測基頻光波前的澤尼克系數復原波前，至此完成波前探測。

作為本發明進一步的方案，步驟S1中訓練集的詳細構造過程如下：

S11,平面波基頻光束經倍頻后，進入波前傳感器，記錄下此時倍頻光束的波前信息，作為標定波前，以抵消縮擴束透鏡、分光鏡等光學元件所產生的附加像差；

S12,通過相位調制器生成隨機像差，計算其澤尼克系數(Z₁,Z₂,…,Z_m)，平面波經相位調制器反射后，產生含相位畸變的基頻光束射入倍頻晶體；