CN104793339A - 一种基于自适应精密光程调节的光纤激光相干合成系统 - Google Patents

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Abstract

一种基于自适应精密光程调节的光纤激光相干合成系统，系统中的激光种子源输出的光束通过预放大模块放大、分束器模块分束之后，各路光束依次经过一级放大阵列、相位调制器阵列、光程粗调装置、一级光程精调装置、后级放大模块、准直系统阵列和二级光程精调装置，输出的各路光束在合束装置上进行合束，然后进入合成光束处理模块，一部分光被光束处理模块分出后注入到光电探测模块；光电探测模块将光信号转变为电信号进入控制系统；控制系统对该电信号进行处理，分别给相位调制器阵列、一级光程精调装置、二级光程精调装置提供控制信号，从而实现对各路光束之间相位的锁定和各路光束之间光程的自适应补偿。本发明可应用到多路激光相干合成系统中。

Description

一种基于自适应精密光程调节的光纤激光相干合成系统
技术领域
本发明涉及强激光领域，是一种基于光纤激光相干合成系统的自适应精密光程调节系统。
背景技术
与其他固态激光器/放大器相比，光纤激光器/放大器具有光束质量好、转换效率高、热管理方便等诸多优势。近年来，随着大模场双包层(LMA-DC)光纤的出现以及半导体泵浦技术的快速发展，光纤激光器以惊人的速度快速发展，并且已经应用到工业加工、医疗、国防等各个领域。然而，受限于光纤本身的热效应、非线性效应、泵浦技术、模式不稳定等因素，单路光纤激光器/放大器输出功率存在极限。基于MOPA结构的主动锁相相干合成技术有望在克服上述单路激光受限因素的同时获得更高亮度的激光输出。目前，此结构已被成功应用到高功率(>1kW)连续激光和脉冲激光相干合成领域。然而，在大功率连续激光相干合成系统中，为了在保证良好光束质量的同时抑制受激布里渊散射(SBS)效应，一般情况下，需要采用窄线宽(<1nm)种子源作为整个相干合成系统的种子。在窄线宽放大器相干合成系统中，各个链路之间的光程差必须进行严格控制以保证各个链路之间的良好相干性。在脉冲激光相干合成系统中，由于种子脉冲特性、自相位调制、四波混频等因素的影响，参与合成的各路光束其线宽也不可能为严格单频，甚至有可能达到若干个纳米。在此种情况下，有效的光程控制技术是获得良好相干合成效果的必要条件之一。此外，在脉冲激光相干合成系统中，为了实现良好的相干效果，必须保证各路脉冲在时域上同步。然而，对于一套实际的相干合成系统，各路光束之间的光程差会随着外界环境扰动、水冷系统引入的抖动、输出功率起伏等因素不断发生变化。
综上所述，设计一套具备自适应精密光程调节能力的光纤激光相干合成系统对于相干合成领域具有重要的意义。
发明内容
本发明基于主动锁相相干合成技术,设计了一种基于自适应精密光程调节的光纤激光相干合成系统。该方案可以实时的有效补偿外界环境扰动、水冷系统抖动、输出功率起伏等因素引起的动态光程抖动，对窄线宽或宽谱激光的相干合成具有重要的意义。
本发明的技术解决方案是：
一种基于自适应精密光程调节的光纤激光相干合成系统，其特征在于：包括种子源、预放大模块、分束器模块、一级放大阵列、相位调制器阵列、光程粗调装置、一级光程精调装置、后级放大模块、准直系统阵列、二级光程精调装置、合束装置、合成光束处理模块、光电探测模块和控制系统；
所述种子源后依次设置预放大模块和分束器模块，从激光种子源输出的光束首先通过预放大模块进行放大，放大后的光束进入分束器模块后分为N束；
所述分束器模块后依次设置有一级放大阵列、相位调制器阵列、光程粗调装置、一级光程精调装置、后级放大模块、准直系统阵列、二级光程精调装置、合束装置、合成光束处理模块和光电探测模块，所述一级放大阵列包含N个放大器且N个放大器的放大级数为1级以上，所述相位调制器阵列包含N个相位调制器，所述光程粗调装置包含N个光程粗调器件，所述一级光程精调装置包含N个一级光程精调器件，后级放大模块包含N个放大器且N个放大器的放大级数为1级以上，准直系统阵列包含N个准直分系统，二级光程精调装置包含N个二级光程精调器件；
从分束器模块输出的N束光束经过一级放大阵列放大后注入到相位调制器阵列，经过相位调制器阵列后，各路光束依次经过光程粗调装置、一级光程精调装置后注入到后级放大模块；后级放大模块对各路光束进行一级或多级放大，后级放大模块输出的光束经过准直系统阵列准直输出到二级光程精调装置；经过二级光程精调装置后，各路光束在合束装置上进行合成；合成后的光束进入合成光束处理模块；合成光束处理模块用于探测合成光束的输出光功率、光谱、光斑分布、波前分布以及光束质量；经过合成光束处理模块后，一部分光被光束处理模块分出后注入到光电探测模块；光电探测模块将光信号转变为电信号进入控制系统；控制系统对光电探测模块提供的电信号进行处理，分别给相位调制器阵列5、一级光程精调装置、二级光程精调装置提供控制信号，从而实现对各路光束之间相位的锁定和各路光束之间光程的自适应补偿。
所述的种子源是带尾纤输出的激光种子源；种子源类型不限，可以是固体激光器、半导体激光器、光纤激光器等；种子源的时域特性不限，可以是连续激光种子源，也可以是脉冲激光种子源；种子源的光谱特性不限，可以是单频激光种子源，也可以是多波长或宽谱激光种子源。
所述的预放大模块一般为光纤放大器，其光纤类型有多种选择，且其放大级数不限，具体光纤类型和放大级数根据实际情况而定。
所述的分束器模块一般采用全光纤分束器，其分束比和分束路数不限，根据实际情况而定。
所述的一级放大阵列一般为光纤放大器阵列，各个链路的光纤类型和放大级数不限，根据实际情况而定。
所述的相位调制器阵列类型不限，可以是电光调制器、也可以是其它具有相位调制功能的器件。
所述的光程粗调装置实现方式不限，可以采用切割或熔接不同长度传能光纤进行光程粗调节，也可以采用基于电机控制的光程粗调节装置或其他具有光程粗调功能的器件，其调节精度一般控制需控制在毫米量级以内。
所述的一级光程精调装置一般为基于光纤盘绕型压电陶瓷光程调节装置，其调节精度一般为微米级，调节范围在毫米量级；实际中，可串联多级适当增加光程调节范围。
所述的后级放大模块其光纤类型和放大级数不限，具体光纤类型和放大级数根据实际功率水平而定。
所述的准直系统阵列对各路激光束进行准直输出，其实现方式不限，可以是基于光纤端帽和准直器的激光准直系统，也可以是透镜组合的空间准直系统。
所述的二级光程精调装置一般为基于压电陶瓷型的空间光程调节系统，其实现方式可以是基于压电陶瓷型的倾斜镜组合系统，也可以是其他基于压电陶瓷型的光程微调系统，其调节精度一般可达纳米级，调节范围一般可达几十微米。
所述的合束装置种类和实现方式不限，可以是分孔径阵列排布合束装置，也可以是基于其他合成器件的共孔径合束装置。
所述的合成光束处理模块实现方式不限，一般包括高反镜、功率计、透镜、分束镜、光斑分析仪、波前测量仪、光束质量测量仪、光谱仪等器件，其具体系统搭建根据合束装置的类型和所需实验测量数据确定。
所述的光电探测模块将接受到的光信号转换为电信号，其种类和响应材料有多种选择，只需激光波长在其相应波段内。
所述的控制系统实现对各路光束之间相位的锁定和各路光束光程之间的自适应补偿，其实现算法多样，可以是多抖动法、单频抖动法、随机并行梯度下降算法、爬山法等。
本发明包含以下技术效果：
1、本发明提供了一种基于自适应精密光程调节的光纤激光相干合成系统设计方法；此方法在相干合成系统中设计了精度和范围递变式变化的光程调节装置；通过设计集成控制系统，能够采用一套控制系统实现相位和光程的同时补偿；
2、本发明提供的光程自适应控制方法在相干合成领域具有通用性；不仅可以应用到连续激光相干合成领域，也可以应用到脉冲激光(纳秒、皮秒、非秒等)相干合成领域；不仅可以应用到阵列排布的分孔径相干合成系统，也可以应用到共孔径相干合成系统；
3、该发明中，控制系统的算法实现方式多样，可以是多抖动法、单频抖动法、随机并行梯度下降算法、爬山法等；
4、该发明设计的光程自适应控制系统和方法可以应用到多路激光相干合成系统中。
附图说明
图1为本发明的系统结构原理示意图。
图2为基于自适应精密光程调节的四路光纤激光相干合成系统示意图。
具体实施方式
本实施例以基于自适应精密光程调节的四路光纤激光相干合成过程为例说明整个方案的实现过程，整个系统可以扩展到多路。
参照图2，基于自适应精密光程调节的四路光纤激光相干合成系统，包括种子源1、预放大模块2、分束器模块3、一级放大阵列4、相位调制器阵列5、光程粗调装置6、一级光程精调装置7、后级放大模块8、准直系统阵列9、二级光程精调装置10、合束装置11、合成光束处理模块12、光电探测模块13和控制系统14。
所述分束器模块3为一分四光纤分束器，从激光种子源1输出的光束首先通过预放大模块2进行放大，放大后的光束进入分束器模块3后分为4路；所述一级放大阵列4包括第一放大器4-1、第二放大器4-2、第三放大器4-3和第四放大器4-4四个放大器；所述相位调制器阵列5包括第一相位调制器5-1、第二相位调制器5-2、第三相位调制器5-3和第四相位调制器5-4四个相位调制器件；所述光程粗调装置6包括第一光程粗调器件6-1、第二光程粗调器件6-2、第三光程粗调器件6-3和第四光程粗调器件6-4四个光程粗调器件；所述一级光程精调装置7包括第一一级光程精调器件7-1、第二一级光程精调器件7-2、第三一级光程精调器件7-3和第四一级光程精调器件7-4四个光程精调器件；所述后级放大模块8包括第一后级放大器8-1、第二后级放大器8-2、第三后级放大器8-3和第四后级放大器8-4四个放大器；所述准直系统阵列9包括第一准直分系统9-1、第二准直分系统9-2、第三准直分系统9-3和第四准直分系统9-4四个准直分系统；所述二级光程精调装置10包括第一二级光程精调装置10-1、第二二级光程精调装置10-2、第三二级光程精调装置10-3和第四二级光程精调装置10-4四个光程精调器件组；所述合成光束处理模块12包括全反镜12-1、高反镜12-2和功率计12-3；所述控制系统14包括锁相控制系统14-1、一级光程精调装置控制系统14-2和二级光程精调装置控制系统14-3；所述锁相控制系统14-1、一级光程精调装置控制系统14-2和二级光程精调装置控制系统14-3均包含四个控制通道；
激光种子源1输出的光束通过预放大模块2进行放大，然后进入一分四光纤分束器3后分为四路；从一分四光纤分束器3分束的四路激光分别经过一级放大阵列4(包含4-1、4-2、4-3、4-4四个一级放大器，其级数不限)进行放大；放大后的光束注入到相位调制器阵列5(包含5-1、5-2、5-3、5-4四个相位调制器)。经过相位调制器阵列5后，各路光束依次经过光程粗调装置6(包含6-1、6-2、6-3、6-4四个光程粗调器件)、一级光程精调装置7(包含7-1、7-2、7-3、7-4四个光程精调器件)后注入到后级放大模块8(包含8-1、8-2、8-3、8-4四个后级放大器，其级数不限)。经过后级放大模块8放大后的光束输出到准直系统阵列9(包含9-1、9-2、9-3、9-4四个准直分系统)，随后被准直系统阵列9准直输出到二级光程精调装置10(包含10-1、10-2、10-3、10-4四个光程精调器件)。经过二级光程精调装置10后，各路光束在合束装置11上进行合成。合束装置11既可以是分孔径合成装置，也可以是共孔径合成装置；分孔径合成装置将各子光束拼接成一个阵列光束，合成光束传输在远场形成干涉场，使能量集中在中央主瓣；而共孔径合成装置则通过一定的孔径填充装置，使各路激光在空间上完全重合，合成一束激光输出。
经过合束装置11合成后的光束经过全反镜12-1反射至高反镜12-2；经过高反镜12-2后，大部分功率被功率计12-3接受，小部分光功率入射到光电探测模块13。光电探测模块13将接受到的光信号转变为电信号输入到控制系统14。
控制系统实现对各路光束之间相位的锁定和各路光束之间光程的自适应补偿，具体过程如下：
(一)首先在控制系统硬件中将一级光程精调装置控制系统14-2(包含四个控制通道)和二级光程精调装置控制系统14-3(包含四个控制通道)各个控制通道的电压信号分别与其控制的各个光程精调器件的驱动电压以确定的增益系数对应；例如：14-2和14-3各个通道的输出电压信号为0-5V,7和10各个光程精调器件的驱动电压可从0-500V变化，则14-2和14-3各个控制通道的0-5V以增益系数100对应于其控制的光程精调器件的驱动电压0-500V；
(二)调节光程粗调装置6中的第一光程粗调器件6-1、第二光程粗调器件6-2、第三光程粗调器件6-3和第四光程粗调器件6-4四个光程粗调器件，使得光电探测模块13上具有各路光束之间相干的起伏信号；
(三)由于光电探测模块13上的相干起伏信号与各路光束之间的相位差相关，因此，锁相控制系统14-1通过调制解调技术获取各路光束的相位控制信号，将起伏信号锁定到极大值；
(四)保持锁相控制系统14-1处于开启状态，启动一级光程精调装置控制系统14-2，以光电探测模块13上电压值大小为判据，对各路光程进行自适应优化；
具体的自适应优化过程如下：
(1)首先开启一级光程精调装置控制系统14-2中控制第一一级光程精调器件7-1的控制通道，其他三个控制通道不启动；不断的给第一一级光程精调器件7-1施加一定步幅的控制电压，迭代判断施加电压后和施加电压前光电探测器的电压值大小，完成第一路光程的一级精调优化；设第一一级光程精调器件7-1达到最优状态时一级光程精调装置控制系统14-2中控制第一一级光程精调器件7-1的控制通道输出电压为V7-1；
(2)保持一级光程精调装置控制系统14-2中控制第一一级光程精调器件7-1的控制通道输出电压为V7-1，开启一级光程精调装置控制系统14-2中控制第二一级光程精调器件7-2的控制通道，其他两个控制通道不启动；不断的给第二一级光程精调器件7-2施加一定步幅的控制电压，迭代判断施加电压后和施加电压前光电探测器的电压值大小，完成第二路光程的一级精调优化；设第二一级光程精调器件7-2达到最优状态时一级光程精调装置控制系统14-2中控制第二一级光程精调器件7-2的控制通道输出电压为V7-2；
(3)保持一级光程精调装置控制系统14-2中控制第一一级光程精调器件7-1和第二一级光程精调器件7-2的控制通道输出电压分别为V7-1和V7-2，开启一级光程精调装置控制系统14-2中控制第三一级光程精调器件7-3的控制通道，剩余一个控制通道不启动；不断的给第三一级光程精调器件7-3施加一定步幅的控制电压，迭代判断施加电压后和施加电压前光电探测模块13上电压值大小，完成第三路光程的一级精调优化；设第三一级光程精调器件7-3达到最优状态时一级光程精调装置控制系统14-2中控制第三一级光程精调器件7-3的控制通道输出电压为V7-3；
(4)保持一级光程精调装置控制系统14-2中控制第一一级光程精调器件7-1、第二一级光程精调器件7-2、第三一级光程精调器件7-3的控制通道输出电压分别为V7-1、V7-2、和V7-3，开启一级光程精调装置控制系统14-2中控制第四一级光程精调器件7-4的控制通道，不断的给第四一级光程精调器件7-4施加一定步幅的控制电压，迭代判断施加电压后和施加电压前光电探测器的电压值大小，完成第四路光程的一级精调优化。
设一级光程精调装置控制系统14-2对一级光程精调装置7进行一次自适应控制达到最佳状态所需的时间为T1，若在整个控制时间T1内，各路光程还没有发生明显的变化，通过不断的重复上述过程，便可以对参与合成的各路光束之间的光程差完成一级自适应精调补偿。
设以光程失配对合成效果的影响<1％为标准，完成一级自适应精调补偿后，若整个合成效果满足所需要求，则无需开启二级光程精调装置控制系统14-3；若光程控制仍然不满足合成需求，则开启二级光程精调装置控制系统14-3。类似于一级光程精调装置控制系统14-2对一级光程精调装置7的整个优化过程，便可以对整个参与合成的各链路进行二级光程自适应精调补偿。
由于在整个技术方案中，一级光程精调装置7和二级光程精调装置10的精度是梯变式变化的，因此，一级光程精调装置控制系统14-2和二级光程精调装置控制系统14-3在对光程自适应控制时便可以避免互相干扰和影响；此外，在具体设实施中，相位调制器阵列5一般使用电光调制器件，其响应速度比基于压电效应的一级光程精调装置7和二级光程精调装置10的相应速度快一个量级以上，因此，光程精调装置控制系统14-2和14-3对锁相控制系统14-1的干扰和影响便可以有效避免，完成整个相干合成系统的锁相控制和自适应光程精调补偿。

Claims (9)

1.一种基于自适应精密光程调节的光纤激光相干合成系统，其特征在于：包括种子源、预放大模块、分束器模块、一级放大阵列、相位调制器阵列、光程粗调装置、一级光程精调装置、后级放大模块、准直系统阵列、二级光程精调装置、合束装置、合成光束处理模块、光电探测模块和控制系统；
所述种子源后依次设置预放大模块和分束器模块，从激光种子源输出的光束首先通过预放大模块进行放大，放大后的光束进入分束器模块后分为N束；
所述分束器模块后依次设置有一级放大阵列、相位调制器阵列、光程粗调装置、一级光程精调装置、后级放大模块、准直系统阵列、二级光程精调装置、合束装置、合成光束处理模块和光电探测模块，所述一级放大阵列包含N个放大器且N个放大器的放大级数为1级以上，所述相位调制器阵列包含N个相位调制器，所述光程粗调装置包含N个光程粗调器件，所述一级光程精调装置包含N个一级光程精调器件，后级放大模块包含N个放大器且N个放大器的放大级数为1级以上，准直系统阵列包含N个准直分系统，二级光程精调装置包含N个二级光程精调器件；
从分束器模块输出的N束光束经过一级放大阵列放大后注入到相位调制器阵列，经过相位调制器阵列后，各路光束依次经过光程粗调装置、一级光程精调装置后注入到后级放大模块；后级放大模块对各路光束进行一级或多级放大，后级放大模块输出的光束经过准直系统阵列准直输出到二级光程精调装置；经过二级光程精调装置后，各路光束在合束装置上进行合成；合成后的光束进入合成光束处理模块；合成光束处理模块用于探测合成光束的输出光功率、光谱、光斑分布、波前分布以及光束质量；经过合成光束处理模块后，一部分光被光束处理模块分出后注入到光电探测模块；光电探测模块将光信号转变为电信号进入控制系统；控制系统对光电探测模块提供的电信号进行处理，分别给相位调制器阵列5、一级光程精调装置、二级光程精调装置提供控制信号，从而实现对各路光束之间相位的锁定和各路光束之间光程的自适应补偿。
2.根据权利要求1所述的基于自适应精密光程调节的光纤激光相干合成系统，其特征在于：所述的种子源是带尾纤输出的激光种子源；种子源类型是固体激光器、半导体激光器或光纤激光器；种子源是连续激光种子源或者脉冲激光种子源；种子源是单频激光种子源、多波长或宽谱激光种子源。
3.根据权利要求1所述的基于自适应精密光程调节的光纤激光相干合成系统，其特征在于：所述的预放大模块和后级放大模块均为光纤放大器。
4.根据权利要求1所述的基于自适应精密光程调节的光纤激光相干合成系统，其特征在于：所述的分束器模块采用全光纤分束器；所述的一级放大阵列为光纤放大器阵列；所述的相位调制器阵列是电光调制器；所述的一级光程精调装置为基于光纤盘绕型压电陶瓷光程调节装置。
5.根据权利要求1所述的基于自适应精密光程调节的光纤激光相干合成系统，其特征在于：所述的准直系统阵列对各路激光束进行准直输出，准直系统阵列是基于光纤端帽和准直器的激光准直系统，或是透镜组合的空间准直系统；所述的二级光程精调装置为基于压电陶瓷型的倾斜镜组合系统；所述的合束装置是分孔径阵列排布合束装置或者共孔径合束装置。
6.根据权利要求1所述的基于自适应精密光程调节的光纤激光相干合成系统，其特征在于：所述的控制系统实现对各路光束之间相位的锁定和各路光束光程之间的自适应补偿，其实现算法是多抖动法、单频抖动法、随机并行梯度下降算法或者爬山法。
7.根据上述任一权利要求所述的基于自适应精密光程调节的光纤激光相干合成系统，其特征在于：包括种子源、预放大模块、分束器模块、一级放大阵列、相位调制器阵列、光程粗调装置、一级光程精调装置、后级放大模块、准直系统阵列、二级光程精调装置、合束装置、合成光束处理模块、光电探测模块和控制系统，
所述分束器模块为一分四光纤分束器，从激光种子源输出的光束首先通过预放大模块进行放大，放大后的光束进入分束器模块后分为4路；所述一级放大阵列包括第一放大器、第二放大器、第三放大器和第四放大器四个放大器；所述相位调制器阵列包括第一相位调制器、第二相位调制器、第三相位调制器和第四相位调制器四个相位调制器件；所述光程粗调装置包括第一光程粗调器件、第二光程粗调器件、第三光程粗调器件和第四光程粗调器件四个光程粗调器件；所述一级光程精调装置包括第一一级光程精调器件、第二一级光程精调器件、第三一级光程精调器件和第四一级光程精调器件四个光程精调器件；所述后级放大模块包括第一后级放大器、第二后级放大器、第三后级放大器和第四后级放大器四个放大器；所述准直系统阵列包括第一准直分系统、第二准直分系统、第三准直分系统和第四准直分系统四个准直分系统；所述二级光程精调装置包括第一二级光程精调装置、第二二级光程精调装置、第三二级光程精调装置和第四二级光程精调装置四个光程精调器件组；所述合成光束处理模块包括全反镜、高反镜和功率计；所述控制系统包括锁相控制系统、一级光程精调装置控制系统和二级光程精调装置控制系统；所述锁相控制系统、一级光程精调装置控制系统和二级光程精调装置控制系统均包含四个控制通道；
从一分四光纤分束器分束的四路激光分别经过一级放大阵列中的四个放大器进行放大；放大后的光束注入到相位调制器阵列，分别经相位调制器阵列中的四个相位调制器件进行相位调制后，各路光束分别依次经过光程粗调装置中的四个光程粗调器件、一级光程精调装置中的四个光程精调器后注入到后级放大模块，经过后级放大模块中的四个后级放大器放大后的4路光束分别输出到准直系统阵列中的四个准直分系统，随后被准直系统阵列准直输出到二级光程精调装置的四个二级光程精调器件中，各路光束均经过二级光程精调器件后，各路光束在合束装置上进行合成，经过合束装置合成后的光束经过全反镜反射至高反镜；经过高反镜后，大部分功率被功率计接受，小部分光功率入射到光电探测模块；光电探测模块将接受到的光信号转变为电信号输入到控制系统，控制系统对光电探测模块提供的电信号进行处理，锁相控制系统的四个控制通道分别为相位调制器阵列的四个相位调制器件提供控制信号，一级光程精调装置控制系统的四个控制通道分别为一级光程精调装置的四个一级光程精调器件提供控制信号，二级光程精调装置控制系统的四个控制通道分别为二级光程精调装置的四个二级光程精调器件提供控制信号，从而实现对各路光束之间相位的锁定和各路光束之间光程的自适应补偿。
8.根据权利要求7所述的基于自适应精密光程调节的光纤激光相干合成系统，其特征在于：控制系统实现对各路光束之间相位的锁定和各路光束之间光程的自适应补偿，具体过程如下：
(一)首先将一级光程精调装置控制系统和二级光程精调装置控制系统的各个控制通道的电压信号分别与其控制的各个光程精调器件的驱动电压以确定的增益系数对应；
(二)调节光程粗调装置中的第一光程粗调器件、第二光程粗调器件、第三光程粗调器件和第四光程粗调器件四个光程粗调器件，使得光电探测器上具有各路光束之间相干的起伏信号；
(三)由于光电探测器上的相干起伏信号与各路光束之间的相位差相关，因此，锁相控制系统通过调制解调技术获取各路光束的相位控制信号，将起伏信号锁定到极大值；
(四)保持锁相控制系统处于开启状态，启动一级光程精调装置控制系统，以光电探测器的电压值大小为判据，对各路光程进行自适应优化。
9.根据权利要求8所述的基于自适应精密光程调节的光纤激光相干合成系统，其特征在于：所述步骤(四)的具体过程如下：
(1)首先开启一级光程精调装置控制系统中控制第一一级光程精调器件的控制通道，其他三个控制通道不启动；不断的给第一一级光程精调器件施加一定步幅的控制电压，迭代判断施加电压后和施加电压前光电探测器的电压值大小，完成第一路光程的一级精调优化；设第一一级光程精调器件达到最优状态时一级光程精调装置控制系统中控制第一一级光程精调器件的控制通道输出电压为V7-1；
(2)保持一级光程精调装置控制系统中控制第一一级光程精调器件的控制通道输出电压为V7-1，开启一级光程精调装置控制系统中控制第二一级光程精调器件的控制通道，其他两个控制通道不启动；不断的给第二一级光程精调器件施加一定步幅的控制电压，迭代判断施加电压后和施加电压前光电探测器的电压值大小，完成第二路光程的一级精调优化；设第二一级光程精调器件达到最优状态时一级光程精调装置控制系统中控制第二一级光程精调器件的控制通道输出电压为V7-2；
(3)保持一级光程精调装置控制系统中控制第一一级光程精调器件和第二一级光程精调器件的控制通道输出电压分别为V7-1和V7-2，开启一级光程精调装置控制系统中控制第三一级光程精调器件的控制通道，剩余一个控制通道不启动；不断的给第三一级光程精调器件施加一定步幅的控制电压，迭代判断施加电压后和施加电压前光电探测器的电压值大小，完成第三路光程的一级精调优化；设第三一级光程精调器件达到最优状态时一级光程精调装置控制系统中控制第三一级光程精调器件的控制通道输出电压为V7-3；
(4)保持一级光程精调装置控制系统中控制第一一级光程精调器件、第二一级光程精调器件、第三一级光程精调器件的控制通道输出电压分别为V7-1、V7-2、和V7-3，开启一级光程精调装置控制系统中控制光程精调器件第四一级光程精调器件的控制通道，不断的给第四一级光程精调器件施加一定步幅的控制电压，迭代判断施加电压后和施加电压前光电探测器的电压值大小，完成第四路光程的一级精调优化；
设一级光程精调装置控制系统对一级光程精调装置进行一次自适应控制达到最佳状态所需的时间为T1，若在整个控制时间T1内，各路光程还没有发生明显的变化，通过不断的重复上述过程，便能够对参与合成的各路光束之间的光程差完成一级自适应精调补偿；
设以光程失配对合成效果的影响<1％为标准，完成一级自适应精调补偿后，若整个合成效果满足所需要求，则无需开启二级光程精调装置控制系统；若光程控制仍然不满足合成需求，则开启二级光程精调装置控制系统，二级光程精调装置控制系统对二级光程精调装置7的整个自适应优化过程与一级光程精调装置控制系统对一级光程精调装置的整个自适应优化过程相同，这样便实现对整个参与合成的各链路进行二级光程自适应精调补偿。
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Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106997074A (zh) * 2016-01-22 2017-08-01 深圳朗光科技有限公司 一种高功率的光纤合束器及激光器
CN108196244A (zh) * 2018-02-02 2018-06-22 北京理工大学 基于spgd算法的光纤阵列相控阵偏转发射系统
CN108523852A (zh) * 2018-05-10 2018-09-14 视微影像(河南)科技有限公司 一种扫频oct的光学干涉成像系统
CN108982411A (zh) * 2018-07-09 2018-12-11 安徽建筑大学 一种检测烟道中氨气浓度的激光原位检测系统
CN109378696A (zh) * 2018-11-08 2019-02-22 中国人民解放军国防科技大学 基于并联移频的高平均功率锁模激光产生系统和方法
CN109494563A (zh) * 2018-12-14 2019-03-19 中国科学院上海光学精密机械研究所 基于环形腔主动光反馈的doe相干合成的激光光源
CN109818247A (zh) * 2019-01-30 2019-05-28 中国人民解放军国防科技大学 用于激光阵列的相干合成相位控制方法及系统
CN109842009A (zh) * 2018-12-14 2019-06-04 中国兵器装备研究院 一种阵列激光延时补偿装置及方法
CN110098868A (zh) * 2019-04-09 2019-08-06 中国科学院上海光学精密机械研究所 一种自适应阵列接收空间相干光通信系统
CN110165530A (zh) * 2019-06-24 2019-08-23 中国人民解放军国防科技大学 大功率拉曼光纤激光产生方法及系统
CN110176712A (zh) * 2019-06-24 2019-08-27 中国人民解放军国防科技大学 一种随机光纤激光产生方法及系统
CN112015213A (zh) * 2020-08-11 2020-12-01 中国科学院上海光学精密机械研究所 基于分布式spgd算法的多光束相位控制方法及其装置
CN115494639A (zh) * 2022-11-04 2022-12-20 中国航天三江集团有限公司 高功率激光光束合成系统内通道热效应仿真方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008242371A (ja) * 2007-03-29 2008-10-09 Mitsubishi Electric Corp 照明用光源装置および画像表示装置
US20120024829A1 (en) * 2010-07-30 2012-02-02 Hon Hai Precision Industry Co., Ltd. Laser machining device
CN204065562U (zh) * 2014-09-26 2014-12-31 中国工程物理研究院流体物理研究所 一种基于自适应偏振与相位控制的光纤激光阵列组束系统
CN204178055U (zh) * 2014-09-26 2015-02-25 深圳市绎立锐光科技开发有限公司 分光合光装置和投影显示系统

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008242371A (ja) * 2007-03-29 2008-10-09 Mitsubishi Electric Corp 照明用光源装置および画像表示装置
US20120024829A1 (en) * 2010-07-30 2012-02-02 Hon Hai Precision Industry Co., Ltd. Laser machining device
CN204065562U (zh) * 2014-09-26 2014-12-31 中国工程物理研究院流体物理研究所 一种基于自适应偏振与相位控制的光纤激光阵列组束系统
CN204178055U (zh) * 2014-09-26 2015-02-25 深圳市绎立锐光科技开发有限公司 分光合光装置和投影显示系统

Cited By (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106997074A (zh) * 2016-01-22 2017-08-01 深圳朗光科技有限公司 一种高功率的光纤合束器及激光器
CN108196244A (zh) * 2018-02-02 2018-06-22 北京理工大学 基于spgd算法的光纤阵列相控阵偏转发射系统
CN108196244B (zh) * 2018-02-02 2021-06-08 北京理工大学 基于spgd算法的光纤阵列相控阵偏转发射系统
CN108523852A (zh) * 2018-05-10 2018-09-14 视微影像(河南)科技有限公司 一种扫频oct的光学干涉成像系统
CN108982411A (zh) * 2018-07-09 2018-12-11 安徽建筑大学 一种检测烟道中氨气浓度的激光原位检测系统
CN109378696A (zh) * 2018-11-08 2019-02-22 中国人民解放军国防科技大学 基于并联移频的高平均功率锁模激光产生系统和方法
CN109494563A (zh) * 2018-12-14 2019-03-19 中国科学院上海光学精密机械研究所 基于环形腔主动光反馈的doe相干合成的激光光源
CN109842009A (zh) * 2018-12-14 2019-06-04 中国兵器装备研究院 一种阵列激光延时补偿装置及方法
CN109818247B (zh) * 2019-01-30 2020-01-24 中国人民解放军国防科技大学 用于激光阵列的相干合成相位控制方法及系统
CN109818247A (zh) * 2019-01-30 2019-05-28 中国人民解放军国防科技大学 用于激光阵列的相干合成相位控制方法及系统
CN110098868A (zh) * 2019-04-09 2019-08-06 中国科学院上海光学精密机械研究所 一种自适应阵列接收空间相干光通信系统
CN110176712A (zh) * 2019-06-24 2019-08-27 中国人民解放军国防科技大学 一种随机光纤激光产生方法及系统
CN110165530A (zh) * 2019-06-24 2019-08-23 中国人民解放军国防科技大学 大功率拉曼光纤激光产生方法及系统
CN110176712B (zh) * 2019-06-24 2023-11-17 中国人民解放军国防科技大学 一种随机光纤激光产生方法及系统
CN110165530B (zh) * 2019-06-24 2024-01-26 中国人民解放军国防科技大学 大功率拉曼光纤激光产生方法及系统
CN112015213A (zh) * 2020-08-11 2020-12-01 中国科学院上海光学精密机械研究所 基于分布式spgd算法的多光束相位控制方法及其装置
CN112015213B (zh) * 2020-08-11 2021-05-04 中国科学院上海光学精密机械研究所 基于分布式spgd算法的多光束相位控制方法及其装置
CN115494639A (zh) * 2022-11-04 2022-12-20 中国航天三江集团有限公司 高功率激光光束合成系统内通道热效应仿真方法
CN115494639B (zh) * 2022-11-04 2023-02-17 中国航天三江集团有限公司 高功率激光光束合成系统内通道热效应仿真方法

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