CN109842009A - 一种阵列激光延时补偿装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种阵列激光延时补偿装置及方法，属于激光应用技术领域。该延时补偿装置，其特征在于，包含脉冲激光测量模块，其通过检测参考光路和测量光路之间的脉冲时间差，获得静态延时量；延时补偿控制模块，其接收脉冲激光测量模块测得的静态延时量及信号检测处理模块发送的实时数据，得到动态延时补偿值；固定延时补偿模块，其通过接收延时补偿控制模块发送的静态延时量，对静态延时进行补偿；信号检测处理模块，其通过对信号光和参考光的合成光束进行监测，实时地获得动态延时变化趋势；可调延时补偿模块，其根据延时补偿控制模块计算得到的动态延时补偿值，驱动控制器改变光程，对动态延时进行补偿，使阵列激光延时补偿达到最佳补偿效果。

Description

一种阵列激光延时补偿装置及方法

技术领域

本发明属于激光应用技术领域，具体涉及一种阵列激光延时补偿装置及方法。

背景技术

阵列激光的延时补偿是实现阵列激光相干合成的关键。通过高精度延时补偿，可有效提高阵列激光的功率密度、效率和光束质量，使其成为优质激光源，从而广泛应用于战术激光武器、激光雷达、光电对抗、相干探测以及激光通信等诸多领域。

目前，阵列激光延时补偿装置分为固定延时补偿装置和可调延时补偿装置两种，固定延时补偿装置一般为补偿静态延时，可调延时补偿装置一般以补偿动态延时为主。静态延时补偿的目的是对阵列中各单元光束的固有光程差进行匹配，使得各光束的光程保持一致；动态延时补偿的目的是对阵列中各单元光束的光程进行实时补偿，使得各光束的光程在有大气扰动、机械振动、热噪声等情况下保持一致。而对于窄线宽大功率阵列激光器，由于大气扰动等原因，只进行静态延时补偿无法在远距离大气条件下实现有效相干合成，降低阵列激光相干合成效率，只进行动态延时补偿，由于各单元激光器制造工艺的差异，各单元激光光束光程差会出现不在相干长度范围内的情况，无法实现阵列激光相干合成。

发明内容

本发明的目的是克服上述不足，提供一种阵列激光延时补偿装置及方法，可同时对动态延时和静态延时进行补偿，通过该延时补偿装置实现阵列激光延时的高精度控制，以满足阵列激光高效率相干合成的需求。

本发明的技术解决方案是：

一种阵列激光延时补偿装置，所述阵列激光延时补偿装置包括，脉冲激光测量模块，用于测量静态延时量；信号检测处理模块，用于实时地获得动态延时变化趋势；固定延时补偿模块，用于对静态延时量进行补偿；可调延时补偿模块，用于能够对动态延时量进行补偿；还包括，延时补偿控制模块，用于接收脉冲激光测量模块和信号检测处理模块的数据，所述延时补偿控制模块用于控制固定延时补偿模块和可调延时补偿模块输出对应延时量。

所述脉冲激光测量模块设有输出端口，输出端口连接可扩展分束器，所述可扩展分束器可以通过该可扩展分束器增加输出通道，以满足不同单元数目的阵列激光的延时补偿要求。

所述延时补偿控制模块，是FPGA+DSP的组合运算电路，以适应不同延时补偿控制算法的要求，可采用手动调节和电控调节相结合的操作方式，以适应不同的应用场合。

所述固定延时补偿模块，采用光纤熔接处理技术，将静态延时补偿光纤接入激光器模块中，实现激光器模块与所述固定延时补偿模块一体化封装，可减小阵列激光系统体积，同时提高阵列激光系统稳定性。

所述信号检测处理模块，采用光电探测器或CCD，均为现有成熟技术，便于实现，节约成本。

所述可调延时补偿模块，采用拉伸光纤和改变空间距离相结合的方式改变光程，用于提高动态延时补偿精度和范围。

还提供一种阵列激光延时补偿方法，具有如下步骤,

步骤一：脉冲激光测量模块通过检测参考光路和测量光路之间的脉冲时间差，获得静态延时量；

步骤二：延时补偿控制模块接收脉冲激光测量模块测得的延时量，并控制固定延时补偿模块补偿对应的光纤长度或空间距离，对静态延时进行补偿；

步骤三：信号检测处理模块通过对信号光和参考光的合成光束进行监测，实时地获得动态延时变化趋势，并将动态数据发送至延时补偿控制模块；

步骤四：延时补偿控制模块接收信号检测处理模块发送的实时数据，并对其进行数据处理，得到动态延时补偿值；

步骤五：可调延时补偿模块根据延时补偿控制模块计算得到的动态延时补偿值，驱动控制器改变光程，对动态延时进行补偿。

本发明包含以下技术效果：

1.本发明提供了一种阵列激光延时补偿方法，此方法在阵列激光相干合成系统中设计了可同时对动态延时和静态延时进行补偿的光程调节装置。

2.本发明提供的激光延时补偿方法在阵列激光相干合成领域具有通用性，可以应用到连续激光相干合成和脉冲激光相干合成等领域。

3.本发明中的延时补偿控制模块可采用多种延时补偿控制算法，可以是随机并行梯度算法，模拟退火算法，多抖动法等。

附图说明

图1为本发明一种阵列激光延时补偿装置的模块框图。

图2为基于阵列激光延时补偿装置的三路光纤激光相干合成系统示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。

本发明的具体实施方式以基于阵列激光延时补偿装置的三路光纤激光相干合成过程为例说明，整个系统可以扩展到多路。

参见图2，基于阵列激光延时补偿装置的三路光纤激光相干合成系统，其中阵列激光延时补偿装置包括脉冲激光测量模块，延时补偿控制模块，固定延时补偿模块，信号检测处理模块，可调延时补偿模块；阵列激光器包括种子源模块，分束器模块，相位控制模块，放大器模块，合成光束处理模块。

所述延时补偿装置中的脉冲激光测量模块包括脉冲激光器，光示波器，其中脉冲激光器输出波长与阵列激光器中种子源模块输出波长一致，并依据静态延时测量范围确定脉冲激光器重频，光示波器其种类有多种选择，只需该脉冲激光器输出在其检测范围内；所述延时补偿装置中的延时补偿控制模块，采用FPGA+DSP的组合运算电路，以适应不同延时补偿控制算法的要求；所述延时补偿装置中的固定延时补偿模块，包括三个静态延时补偿器，其种类有多种选择，均为现有成熟技术，便于实现；所述延时补偿装置中的信号检测处理模块，将接收到的光信号转换为电信号，其种类和材料有多种选择，只需激光波长在其相应波段内；所述延时补偿装置中的可调延时补偿模块，包括三个动态延时补偿器，采用拉伸光纤和改变空间距离相结合的方式改变光程，同时提高动态延时补偿精度和范围；所述种子源模块是带尾纤输出的激光种子源，种子源类型不限,可以是光纤激光器,固体激光器,半导体激光器等,种子源的光谱特性不限,可以是单频激光种子源,窄线宽激光种子源等；所述分束器模块，采用全光纤器件,包括用于接收种子源或脉冲激光器信号并输出的二合一光纤合束器和用于将一路输入光分为三束光的一分三光纤分束器；所述相位控制模块，包括三个相位调制器和相位控制器,其中相位调制器类型不限,可以是电光调制器,或其他具有相位调制功能的器件,其中相位控制器为可实现各光束相位锁定的硬件电路；所述放大器模块，包括三个激光放大器,其放大级数不限,根据实际情况而定；所述合成光束处理模块，包括合束装置和分光器件等,其中合束装置可以是分孔径阵列排布合束装置,也可以是共孔径合束装置,分光器件可选用楔形镜,高反射镜等具有分光功能的器件。

为实现三路光纤激光相干合成系统在大气扰动、机械振动、热噪声等情况下有效相干合成，首先，对各路光束之间的静态延时进行补偿，具体过程如下:

保持种子源模块为关闭状态，脉冲激光器输出的光束进入一分三光纤分束器后分为三路，从一分三光纤分束器分束的三路激光依次经过固定延时补偿器阵列，可调延时补偿器阵列，相位调制器阵列，后注入到放大器模块，经过放大器模块放大后的光束输出到准直系统阵列，经准直输出后，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两个楔形镜，大部分光功率输出，小部分光功率入射到光示波器，将阵列激光中的一路光束设为参考光束，通过检测光示波器上参考光路和测量光路之间的脉冲时间差，获得静态延时量，延时补偿控制模块接收光示波器测得的延时量，并控制固定延时补偿模块补偿对应的光纤长度或空间距离，对静态延时进行补偿。

在完成阵列激光静态延时补偿后，对各路光束之间的动态延时进行补偿，具体过程如下:

关闭脉冲激光器，打开种子源，其输出的光束进入一分三光纤分束器后分为三路，从一分三光纤分束器分束的三路激光依次经过固定延时补偿器阵列，可调延时补偿器阵列，相位调制器阵列，后注入到放大器模块，经过放大器模块放大后的光束输出到准直系统阵列，经准直输出后，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一个楔形镜，大部分光功率输出，小部分光功率入射到信号检测处理模块，信号检测处理模块通过对信号光和参考光的合成光束进行监测，实时地获得动态延时变化趋势，并将动态数据发送至延时补偿控制模块，延时补偿控制模块接收信号检测处理模块发送的实时数据，并对其进行数据处理，得到动态延时补偿值，可调延时补偿模块根据延时补偿控制模块计算得到的动态延时补偿值，驱动控制器改变光程，对动态延时进行补偿，实现三路光纤激光相干合成系统有效相干合成。

Claims (7)

1.一种阵列激光延时补偿装置，所述阵列激光延时补偿装置，包括，

脉冲激光测量模块，用于测量静态延时量；

信号检测处理模块，用于实时地获得动态延时变化趋势；

固定延时补偿模块，用于对静态延时量进行补偿；

可调延时补偿模块，用于能够对动态延时量进行补偿；

其特征在于：还包括，

延时补偿控制模块，用于接收脉冲激光测量模块和信号检测处理模块的数据，所述延时补偿控制模块用于控制固定延时补偿模块和可调延时补偿模块输出对应延时量。

2.根据权利要求1所述的一种阵列激光延时补偿装置，其特征在于：所述脉冲激光测量模块设有输出端口，输出端口连接可扩展分束器，所述可扩展分束器可以通过该可扩展分束器增加输出通道。

3.根据权利要求1所述的一种阵列激光延时补偿装置，其特征在于：所述延时补偿控制模块，是FPGA+DSP的组合运算电路，以适应不同延时补偿控制算法的要求。

4.一种如权利要求1所述的一种阵列激光延时补偿装置，其特征在于:所述固定延时补偿模块，采用光纤熔接处理技术，将静态延时补偿光纤接入激光器模块中，实现激光器模块与所述固定延时补偿模块一体化封装，可减小阵列激光系统体积，同时提高阵列激光系统稳定性。

5.一种如权利要求1所述的一种阵列激光延时补偿装置，其特征在于，所述信号检测处理模块，采用光电探测器或CCD。

6.一种如权利要求1所述的一种阵列激光延时补偿装置，其特征在于，所述可调延时补偿模块，采用拉伸光纤和改变空间距离相结合的方式改变光程，用于提高动态延时补偿精度和范围。

7.一种阵列激光延时补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：脉冲激光测量模块通过检测参考光路和测量光路之间的脉冲时间差，获得静态延时量；

步骤二：延时补偿控制模块接收脉冲激光测量模块测得的延时量，并控制固定延时补偿模块补偿对应的光纤长度或空间距离，对静态延时进行补偿；

步骤三：信号检测处理模块通过对信号光和参考光的合成光束进行监测，实时地获得动态延时变化趋势，并将动态数据发送至延时补偿控制模块；

步骤四：延时补偿控制模块接收信号检测处理模块发送的实时数据，并对其进行数据处理，得到动态延时补偿值；

步骤五：可调延时补偿模块根据延时补偿控制模块计算得到的动态延时补偿值，驱动控制器改变光程，对动态延时进行补偿。