CN111064067A - 光纤激光相干合成系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种光纤激光相干合成系统，该系统包括：调制器模块，用于根据相互正交独立的伪随机序列对子光束进行相位调制并根据设定频率对参考光束移频；光纤激光放大器模块，用于对调制后的子光束功率放大；激光准直发射模块，用于将子光束和参考光束准直输出；合成采样模块，用于将准直输出的各子光束与参考光束合成并转换为电信号；数字相位调制解调模块，用于根据参考光束的移频频率和各伪随机序列对电信号进行解调，得到各路子光束与参考光束的相位差；调制器模块还用于根据相位差对子光束进行相位补偿。通过上述方案能够解决在光纤激光相干合成过程中由于子光束数量增加而导致探测器和解调电路过多，进而导致合成效果不佳的问题。

Description

光纤激光相干合成系统
技术领域
本发明属于激光技术领域，尤其涉及一种光纤激光相干合成系统。
背景技术
大功率光纤激光器具有功率密度高、光束质量好、热管理方便、结构紧凑等优点，近年来获得了飞速发展。与传统的固体和化学激光器相比，光纤激光器结构简单，具有易于制造和维护等优势，使其在远程焊接、三维切割等工业领域得到了广泛的应用，并在国防及现代高新技术领域也有着良好的应用潜力。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，单路光纤激光器输出功率存在极限。
现有技术中，通过多光路主动锁相相干合成技术，在克服单路光纤激光器输出功率极限的基础上，能够实现更高功率的激光输出。主动锁相相干合成技术多采用外差法随机并行梯度下降法、频域多抖动法。其中，外差法在子光束增多时，需要设置与子光束路数相同的探测器和解调电路，以实现对各路子光束的相位差的检出和补偿，整个系统设备数量以及连接复杂度极具增加，难以调节。同时，通过多个探测器和解调电路检出的各路子光束的相位差，由于各探测器和解调电路的硬件差异，也会导致检出的相位差并不准确，无法通过相位补偿进行协调，使各路子光束无法相干合成或者效果不佳。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种光纤激光相干合成系统，以解决在光纤激光相干合成过程中由于子光束数量增加而导致探测器和解调电路过多，进而导致合成效果不佳的问题。
本发明解决技术问题的方案是：
一方面，提供一种光纤激光相干合成系统，包括：
调制器模块，用于接收从一路光束分出的多路子光束和一路参考光束，根据伪随机序列对相应路的所述子光束进行相位调制，并根据设定频率对所述参考光束进行移频；其中，每所述路子光束对应一个所述伪随机序列，且各所述伪随机序列两两相互正交独立，且各伪随机序列的第2m项与第2m-1项取值不同，m为正整数；
光纤激光放大器模块，用于对相位调制后的所述多路子光束进行功率放大；
激光准直发射模块，用于将移频后的所述参考光束和功率放大后的各路所述子光束进行准直输出；
合成采样模块，用于对准直输出的所有所述子光束和所述参考光束进行相干合成，并将相干合成得到的信号光转换为电信号；
数字相位调制解调模块，用于接收所述电信号，根据所述设定频率和各所述伪随机序列对所述电信号进行相位解调，得到各路所述子光束与所述参考光束的相位差，并输出相位补偿控制信号；
所述调制器模块，还用于根据所述相位补偿控制信号对各路所述子光束进行相位补偿并锁定，以使所有路所述子光束在所述合成采样模块中相干合成时发生相干增强。
在一些实施例中，所述调制器模块包括：
信号源，用于产生设定频率的调制信号；
声光调制器，用于根据所述调制信号对所述参考光束进行移频；
多个相位调制器，用于根据各所述伪随机序列对相应路的所述子光束进行相位调制，以及根据所述相位补偿控制信号对各路所述子光束进行相位锁定。
在一些实施例中，所述相位调制器为电光相位调制器或声光相位调制器。
在一些实施例中，所述数字相位解调模块，还包括：FPGA数字控制电路，用于生成各所述伪随机序列，并将各所述伪随机序列输出至所述调制器模块。
在一些实施例中，所述光纤激光放大器模块，包括：多个光纤激光放大器；每个所述光纤激光放大器对相位调制后的一路所述子光束进行功率放大。
在一些实施例中，所述合成采样模块，包括：
分光镜，用于接收准直输出的所有所述子光束和所述参考光束，并将所述子光束分出一路与所述参考光束进行干涉合成；
采样聚焦镜，设置在分光镜一侧，用于聚焦干涉合成的光束；
衰减组件，用于将聚焦后光束的功率衰减至光电探测器的探测阈值以下；
所述光电探测器，用于将功率衰减后的光束转换为电信号。
在一些实施例中，所述分光镜，还用于从准直输出的所有所述子光束分出另一路，用于激光功率检测。
在一些实施例中，所述激光准直发射模块，包括：
准直器，用于对功率放大后的各路所述子光束进行准直输出；
光纤端帽，用于对移频后的所述参考光束进行准直输出。
在一些实施例中，所述系统还包括：激光种子源模块；
所述激光种子源模块，包括：
激光种子源，用于产生激光光束；
光纤分束器，用于将所述激光光束分成所述多路子光束和一路所述参考光束。
在一些实施例中，所述数字相位调制解调模块，用于根据所述设定频率滤除所述电信号中的参考光束的移频信号，将滤除移频信号后的所述电信号与每路子光束对应的伪随机序列相乘，将每路子光束对应的相乘结果在对应的伪随机序列的一个周期内求和，对各路子光束对应的求和结果进行归一化，得到相应路子光束与所述参考光束的相位差余弦值；对每路子光束与所述参考光束的相位差余弦值计算反余弦，得到相应路子光束与所述参考光束的相位差。
本发明的光纤激光相干合成系统，通过调制器模块利用相互正交独立且相位差相同的多个伪随机序列分别对各路子光束进行调制，将光电探测器获取的所述电信号分别乘以各路子光束对应的伪随机序列后进行解调，能够一次检出各路子光束与参考光束的相位差，克服了外差法中需要对各路子光束分别检出缺点，解决了外差法在对多路子光束进行相干合成时，光电探测器和解调电路过于庞杂的问题。同时，避免了多路检出时，因各路检测设备精度差异导致的各相位差计算标准不一致，实现了对各路子光束更精确地相位补偿，提高了相干合成的效果。
附图说明
参照下面结合附图对本发明实施例的说明，会更加容易地理解本发明的以上和其它目的、特点和优点。附图中的部件不是成比例绘制的，而只是为了示出本发明的原理。为了便于示出和描述本发明的一些部分，附图中对应部分可能被放大，即，使其相对于在依据本发明实际制造的示例性装置中的其它部件变得更大。在附图中，相同的或对应的技术特征或部件将采用相同或对应的附图标记来表示。
图1为本发明一实施例所述光纤激光相干合成系统结构示意图；
图2为本发明另一实施例所述光纤激光相干合成系统结构示意图；
图3为本发明一实施例所述光纤激光相干合成方法的流程示意图。
具体实施方式
下面参照附图来说明本发明的实施方式。在所述的说明和附图中，详细公开了本发明的特定实施方式，指明了本发明的原理可以被采用的方式。应该理解，本发明在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本发明包括许多改变、修改和等同。
应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本发明无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。
针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。
应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、要素、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、要素、步骤或组件的存在或附加。
现有技术中，激光在远程焊接、三维切割等工业领域有着广泛的应用，在国防及现代高新技术领域也有着良好的应用潜力。在实际使用过程中，部分场景下要求激光能够达到较高的功率，而通过光纤激光器对激光功率的调制受限于光纤本身的热效应、非线性效应、泵浦技术、模式不稳定等因素的影响，使得单路光纤激光器输出功率存在极限。
因此，现有技术中又采用多光路主动锁相相干合成技术，以克服单路光纤激光器的受限因素，实现更高功率以及更高亮度的功率输出。由于受光纤放大器内部温度起伏等原因的影响，输出光束存在相位噪声，因此多光路主动锁相相干合成技术中，核心步骤为对各路子光束的相位进行调节，以使得满足相干的条件。现有技术中，对于各路子光束的相位调节的方式主要包括三种，分别为外差法、随机并行梯度下降法(SPGD)和频域多抖动法。其中，随机并行梯度下降法的问题在于该控制方法带宽反比于子光束数目N的4/3次方，在采样频率一定的情况下，随着路数的增加，控制带宽会下降。频域多抖动法不足之处在于，当子光束数目增多时，为了有效控制相位起伏，相位调制信号的频率也须增加，使得相位控制带宽高于相位噪声的波动频率，电路实际操作风险加大，实现困难。对于外差法，当子光束增多时，需要配置与信号光数目相同的光电探测器和解调电路对各路子光束与参考光束的相位差进行检出，整个系统复杂度会大大增加，难以调节。
本发明申请针对多光路主动锁相相干合成技术中，外差法调节各路子光束进行相位补偿和锁定时需要分别配置光电探测器和解调电路的弊端，利用伪随机序列对各路子光束预先进行调制，对光电探测器检出的电信号结合对应的伪随机序列进行解调，实现通过一组光电探测器和解调电路对多路子光束与参考光束相位差的检出。
如图1所示，本发明提供一种光纤激光相干合成系统，可以包括：调制器模块101、光纤激光放大器模块102、激光准直发射模块103、合成采样模块104和数字相位调制解调模块105。
调制器模块101，用于接收从一路光束分出的多路子光束和一路参考光束，根据伪随机序列对相应路的子光束进行相位调制，并根据设定频率对参考光束进行移频；其中，每路子光束对应一个伪随机序列，各伪随机序列两两相互正交独立，且各伪随机序列的第2m项与第2m-1项取值不同，m为正整数。具体的，调制器模块101采用正交的伪随机序列对各路子光束进行调制，可用于在后续结合各伪随机序列的解调过程中，在计算某一路子光束与参考光束的相位差时，利用各伪随机序列之间相关性系数为零的性质抑制和消除其他路子光束的影响，同时通过使各伪随机序列的第2m项与第2m-1项取值不同(即，伪随机序列中的相邻奇数项和偶数项不同)可在解调各路子光束时使当前被解调的某路子光束也与其他任意两路子光束的合束光的信息不相关，从而当前被解调的那路子光束的信息不会受其他任意两路子光束的合成信息的影响。进一步地，为了提升检出效果，还可以设置每一个伪随机序列内各项的均值为0.5，且各伪随机序列的方差相等。
在一些实施例中，所述光纤激光相干合成系统还可以包括激光种子源模块106，用于产生种子光源并将种子光源分为一路参考光束和多路子光束。激光种子源模块106可以包括激光种子源1061和光纤分束器1062。激光种子源1061可以采用带尾纤输出的激光种子源，用于将产生的种子光源引入光纤分束器1062；激光种子源1061的类型可以包括固定激光器、半导体激光器或光纤激光器，也可以采用其他能够用于产生或者传输激光的设备。进一步地，激光种子源1061可以为连续激光种子源或脉冲激光种子源。光纤分束器1062可以采用全光纤分束器，光纤分束器1062对激光种子源1061产生的种子光源进行分束处理，结合具体场景下的使用需求，可以分为N束子光束。进一步地，按照外差法的要求，将分束产生的各路子光束分为两组，其中一组包括1束子光束作为参考光束，另一组包括其余N-1束子光束用于功率放大以及相干合成，N为正整数。
具体的，调制器模块101可以预存储与各路子光束数量相同的伪随机序列，也可以通过接收数字相位调制解调模块105中伪随机序列发生器产生符合条件的伪随机序列。如，数字相位调制解调模块105可以包括FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)的数字控制电路，用于生成符合前述要求的多个伪随机序列。
本发明实施例中，为了实现通过一路光电检测器和解调电路检出多路子光束和参考光束的相位差，利用与子光束数量相同的伪随机序列对各路子光束进行调制，在各路子光束合成后，通过光电检测器对合成组束检出电信号，分别结合对应的伪随机序列对电信号进行解调，实现对各路子光束和参考光束的相位差的检出。
具体的，在一些实施例中，调制器模块101可包括信号源1011、声光调制器1012，以及与子光束数量相同的多个相位调制器1013；其中，声光调制器1012可以用于接收激光种子源模块101产生的参考光束，并可以根据信号源1011产生的设定频率的调制信号对所述参考光束进行移频处理。进一步的，信号源1011可以为矢量信号发生器。各相位调制器1013用于分别接收各路子光束，各相位调制器1013可以根据预存储或从数字相位调制解调模块105获取的伪随机序列对相应路的子光束进行调制；相位调制器1013还可以用于根据检出的各路子光束和参考光束的相位差对各路子光束进行相位补偿和锁定。
光纤激光放大器模块102，其连接调制器模块101，用于对调制后的多路子光束进行功率放大。光纤激光放大器模块102可以采用全光纤放大器阵列或其他类型的激光功率放大器。其中，对应每一路子光束单独设置全光纤放大器阵列，进一步的，全光纤放大器阵列可以设置一级或多级，实现子光束的一级或多级功率放大，以满足对合成光束输出功率的要求。
激光准直发射模块103，用于将移频后的所述参考光束和功率放大后的各路所述子光束进行准直输出。具体的，激光准直发射模块103可以通过光纤连接光纤激光放大器模块102以及调制器模块101中的声光调制器1012。
在一些实施例中，激光准直发射模块103可以包括：准直器1032和光纤端帽1031。其中，准直器1032可用于对功率放大后的各路子光束进行准直输出；光纤端帽1031可用于对移频后的参考光束进行准直输出。
合成采样模块104，其连接激光准直发射模块103，用于对准直输出的所有子光束和参考光束进行相干合成，并将相干合成得到的信号光转换为电信号。
具体的，在一些实施例中，合成采样模块104可包括：分光镜1041、采样聚焦镜1042、衰减组件1043以及光电探测器1044。其中，分光镜1041可用于接收准直输出的所有子光束和参考光束，并将所有子光束分出一路与参考光束进行干涉合成。采样聚焦镜1042，设置在分光镜一侧，可用于聚焦干涉合成的光束。衰减组件1043可用于将聚焦后光束的功率衰减至光电探测器1044的探测阈值以下，以使得能够被检出。光电探测器1044，用于将功率衰减后的光束转换为电信号。
在另一些实施例中，分光镜1041还可用于从准直输出的所有子光束分出另一路，用于激光功率检测。
数字相位调制解调模块105，其分别连接合成采样模块104和调制器模块101，可用于接收光电探测器1044检出的电信号，根据用于调制参考光束的设定频率以及各伪随机序列对光电探测器1044检出的电信号进行相位解调，得到各路子光束与参考光束的相位差，并输出相位补偿控制信号。调制器模块101还可用于根据相位补偿控制信号对各路所述子光束进行相位补偿并锁定，以使所有路所述子光束在所述合成采样模块中相干合成时发生相干增强。
在本发明实施例中，对于数字相位调制解调模块105，基于调制器模块101在利用伪随机序列对各路子光束进行调制的基础上，在接收所述电信号后，可以根据各伪随机序列对光电探测器1044采集的电信号进行解调，通过一次检出计算得到各路子光束与参考光束的相位差，具体的：
对于两个相互正交的伪随机序列X(x1，x2，x3……xn)和Y(y1，y2，y3……yn)，存在其相关系数
Figure BSA0000197951340000071
也即，对应的一个伪随机序列的周期内，伪随机序列X与伪随机序列Y中对应项的乘积的和为0。
调制器模块101在通过相互正交的伪随机序列对各路子光束进行调制后，通过光电探测器1044采集的电信号，其包含各路子光束以及参考光束转换得到的电信号。
根据设定频率滤除该电信号中参考光束的移频信号后，将滤除移频信号后的电信号与每路子光束对应的伪随机序列相乘，将每路子光束对应的相乘结果在对应的伪随机序列的一个周期内求和，通过各伪随机序列相互正交时相关系数为0的性质，消除其余路子光束的信号；对各路子光束对应的求和结果进行归一化，得到相应路子光束与所述参考光束的相位差余弦值；对每路子光束与所述参考光束的相位差余弦值计算反余弦，得到相应路子光束与所述参考光束的相位差。
示例性的，在本发明实施例中，调制器模块101生成或获取与子光束数量相等的多个伪随机序列，并采用各伪随机序列对各路子光束进行调制。其中，各伪随机序列相互正交独立，每个伪随机序列的第2m项与第2m-1项取值不同，m为正整数。在一些实施例中，为了获得更好的检出效果，还可以设置每一个伪随机序列中各项均值为0.5，且要求每个伪随机序列为整数序列，且各伪随机序列之间方差相等。
经调制后的各路子光束经过激光准直发射模块103后形呈合成组束，合成组束在与参考光束干涉后，经光电探测器1044检出电信号，将该电信号中参考光束的移频信号滤除，用于进一步地解调。
本实施例中，示例性的，假设I(t)为每一路子光束在t时刻的光强，
Figure BSA0000197951340000081
为参考光束的相位，
Figure BSA0000197951340000082
为第k路子光束的相位，δk为第k路子光束对应的伪随机序列，N为子光束数量，则光电探测器1044检出的电信号解调去除差频后的信号V(t)可以表示为：
Figure BSA0000197951340000083
在计算某一路子光束与参考光束的相位差时，将信号V(t)乘以该路子光束对应的伪随机序列并在一个伪随机序列周期T内求和/积分，可表示为：
Figure BSA0000197951340000084
由于各路子光束对应的伪随机序列相互正交独立，在积分之后，公式(2)只包含参考光束的相位
Figure BSA0000197951340000085
和第k路子光束的相位
Figure BSA0000197951340000086
的信息，对第k路子光束的光强进行归一化处理后，得如下公式：
Figure BSA0000197951340000087
进一步提取光强后，计算反余弦可以得到第k路子光束与参考光束的相位差。
可见，本发明实施例的光纤激光相干合成系统，在利用外差法检测各路子光束与参考光束的相位差的过程中，通过结合伪随机序列的对各路子光束调制，再结合对应的各伪随机序列对合成组束产生的电信号进行解调，实现了仅通过一路光电探测器和解调电路量检出各路子光束与参考光束的相位差，克服了现有多光路主动锁相相干合成技术中，外差法检测各路子光束与参考光束相位差时需要对各路子光束分别配置光电探测器和解调电路的问题，极大简化了设备结构。
为使本领域技术人员更好地了解本发明，下面将以具体实施例说明本发明的实施方式。
图2为本发明另一实施例所述光纤激光相干合成系统结构示意图，参见图2，光纤激光相干合成系统可包含7路子光束，该系统可包括激光种子源模块1、调制器模块2、光纤激光放大器模块3、激光准直发射模块4、合成采样模块5和数字相位调制解调模块6。
激光种子源模块1可包括种子源1-1和光纤分束器1-2，光纤分束器1-2可为一分八光纤分束器，从种子源1-1输出的光束进入光纤分束器1-2后分为八路；调制器模块2可包括第一电光相位调制器2-1、第二电光相位调制器2-2、第三电光相位调制器2-3、第四电光相位调制器2-4、第五电光相位调制器2-5、第六电光相位调制器2-6、第七电光相位调制器2-7、信号源2-8和声光相位调制器2-9；光纤激光放大器模块3包括，第一功率放大器3-1、第二功率放大器3-2、第三功率放大器3-3、第四功率放大器3-4、第五功率放大器3-5、第六功率放大器3-6和第七功率放大器3-7，该七个功率放大器可以一一对应地连接调制器模块2中的7个电光相位调制器；激光准直发射模块4可包括主光束准直发射器4-1和参考光束发射端帽4-2；合成采样模块5可包括分光镜5-1、采样聚焦镜5-2、衰减组件5-3和光电探测器5-4；数字相位调制解调模块6可包含七个控制通道。
种子源1-1输出的激光光束进入一分八光纤分束器1-2后分为八路。从一分八光纤分束器1-2分束的八束激光分为两组，第一组光束含一束激光作为参考光束，第一组光束注入到声光相位调制器2-9，根据信号源2-8的控制信号进行移频处理。第二组光束含七束激光作为子光束，第二组光束注入到电光相位调制器阵列(包含2-1、2-2、2-3、2-4、2-5、2-6、2-7七个电光相位调制器)，分别采用相互正交独立的7个伪随机序列对各路子光束进行调制，各伪随机序列的第2m项与第2m-1项取值不同，m为正整数。经过电光相位调制器阵列后，第二组光束注入到光纤激光放大器模块3(包含3-1、3-2、3-3、3-4、3-5、3-6、3-7七个功率放大器，其级数不限)。经过光纤激光放大器模块3放大后的各路子光束输出到主光束准直发射器4-1，经过声光相位调制器2-9的参考光束输出到参考光束发射端帽4-2。各路子光束组成的合成组束入射到分光镜5-1后分为两束，一束通过采样聚焦镜5-2汇聚，经衰减组件5-3进行功率衰减后，入射到光电探测器5-4，光电探测器5-4将接收到的光信号转换为电信号输入到数字相位调制解调模块6进行解调计算各路子光束与参考光束的相位差，另一束由激光功率探测装置监测激光功率。
基于与上述实施例所述的光纤激光相干合成系统相同的发明构思，本发明还提供一种光纤激光相干合成方法，如图3所示，该方法可包括步骤S101～S106：
步骤S101：生成种子光源并将所述种子光源分为一路参考光束和多路子光束。
为了通过多光路主动锁相实现多路子光束的相干合成，将种子光源分为N束，其中1束作为参考光束，其余N-1束作为子光束，其中，参考光束用于作为参照计算相位差，子光束用于功率放大后进行相干合成。
步骤S102：获取与子光束数量相同的多个伪随机序列，并用各伪随机序列对各路子光束进行一对一调制；其中，各伪随机序列之间两两正交独立，且各伪随机序列的第2m项与第2m-1项取值不同，m为正整数。
为了克服现有技术中外差法需要对各路子光束分别配置光电探测器和解调电路检出与参考光束的相位差的缺陷，在进行检测前，可先生成或获取与子光束数量相同的N-1个伪随机序列对各路子光束进行一对一调制。
在一些实施例中，为了提高解调效果，可以进一步设置各伪随机序列之间方差相等，每个伪随机序列为整数序列且均值为0.5，用于在后续对某一路子光束的分频解调过程中，利用各伪随机序列的正交关系，抑制和消除其他子光束的信号，实现某一路的检出。
步骤S103：将调制后的各路子光束进行功率放大后准直输出合成组束。
通过光纤放大器对各路子光束进行一级或多级功率放大，以使得各路激光输出后所需的输出功率，需要说明的是，步骤S103输出功率放大后的各路子光束由于相位不一致，还没有发生相干增强。
步骤S104：将合成组束分为分出一路用于与参考光束干涉后检出为电信号。
步骤S105：根据各路子光束对应的伪随机序列对电信号进行解调，得到各路子光束与参考光束的相位差。
具体的，在本发明实施例中，根据各伪随机序列对电信号进行解调，得到各路子光束与参考光束的相位差，包括：滤除参考光束的移频信号，将电信号与某一路子光束对应的伪随机序列相乘后，在对应的伪随机序列的一个周期内求和，以消除其余路子光束的信号；对该路子光束的光强做归一化处理并提取，得到该路子光束与参考光束相位差的余弦值；对该路子光束与参考光束相位差的余弦值计算反余弦，得到该路子光束与参考光束的相位差。
本实施例中，利用各子光束调制过程时，由于各伪随机序列的相互正交，通过某一路子光束对应的伪随机序列对电信号相乘处理，消除其余路子光束信号的影响。
参照公式(1)～公式(3)所示的分频解调过程，在计算第k路子光束与参考光束的相位差时，将光电探测器检出的合成组束的电信号与第k路子光束对应的伪随机序列δk相乘后在对应的伪随机序列的一个周期内求和，由于各伪随机序列的相互正交的性质，能够抑制消除其他路子光束的信号，最终结果仅与第k路子光束和参考光束的相位差
Figure BSA0000197951340000111
的余弦值相关，通过计算反余弦，可以得到
Figure BSA0000197951340000112
在一些实施例中，在步骤S105之后，即对该路子光束与参考光束相位差的余弦值计算反余弦，得到该路子光束与参考光束的相位差之后，还包括S201～S202：
S201：获取各路子光束对应的相位调制器的半波电压，并结合各路子光束与参考光束的相位差分别计算对应的调整电压。
S202：通过各相位调制器参照对应的调整电压对各路子光束进行相位补偿并锁定。
S201～S202中，半波电压为相位调制器将激光光束相位调整π时所需要添加的电压。由于实际应用中，即便是相同型号的相位调制器也会由于硬件差异导致对应的半波电压数值并不完全相同。
因此，在对各路子光束分别进行相位调制过程中，需要首先获取各路子光束对应的相位调制器的半波电压，具体的，可以在每次调制前通过测量的方式检出，也可以直接读取预先标定的半波电压值。
结合各路子光束对应的相位调制器的半波电压，以及各路子光束与参考光束的相位差，计算各路子光束对应的相位调制器的调整电压。通过添加对应的电压，实现对各路子光束的相位补偿。
步骤S106：根据各路子光束与参考光束的相位差对各路子光束进行相位补偿并锁定相位，使各路子光束实现相干合成。
综上所述，本发明实施例的光纤激光相干合成系统，对采用外差法的多光路主动锁相相干合成技术做出改进，其中，检测各路子光束和参考光束的相位差的过程中，在检测前采用多个伪随机序列对各路子光束分别进行调制，在解调过程中，通过将光电探测器检出的合成组束的电信号分别乘以各路子光束后进行分频解调，在针对一路子光束计算与参考光束的相位差时，实现抑制和消除其他路子光束影响的效果。本发明实施例仅对合成组束的电信号进行一次检出，可以计算出多路子光束与参考光束相位差，解决了现有技术中外差法需要针对多路子光束分别配置光电探测器和解调电路的问题，极大地简化了设备结构，降低了设备成本。同时，避免了多路检出时，因各路检测设备精度差异导致的各相位差计算标准不一致，实现了对各路子光束更精确地相位补偿，提高了相干合成的效果。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施方式描述的各示例性的单元及方法步骤，能够以硬件、软件或者二者的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
软件可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
以上描述的实施例都是示例性的，不是对本发明的限制，本领域技术人员根据本发明的精神，可以想到各种变型和修改，这些变型和修改也在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种光纤激光相干合成系统，其特征在于，包括：
调制器模块，用于接收从一路光束分出的多路子光束和一路参考光束，根据伪随机序列对相应路的所述子光束进行相位调制，并根据设定频率对所述参考光束进行移频；其中，每所述路子光束对应一个所述伪随机序列，且各所述伪随机序列两两相互正交独立，且各伪随机序列的第2m项与第2m-1项取值不同，m为正整数；
光纤激光放大器模块，用于对相位调制后的所述多路子光束进行功率放大；
激光准直发射模块，用于将移频后的所述参考光束和功率放大后的各路所述子光束进行准直输出；
合成采样模块，用于对准直输出的所有所述子光束和所述参考光束进行相干合成，并将相干合成得到的信号光转换为电信号；
数字相位调制解调模块，用于接收所述电信号，根据所述设定频率和各所述伪随机序列对所述电信号进行相位解调，得到各路所述子光束与所述参考光束的相位差，并输出相位补偿控制信号；
所述调制器模块，还用于根据所述相位补偿控制信号对各路所述子光束进行相位补偿并锁定，以使所有路所述子光束在所述合成采样模块中相干合成时发生相干增强。
2.根据权利要求1所述的光纤激光相干合成系统，其特征在于，所述调制器模块包括：
信号源，用于产生设定频率的调制信号；
声光调制器，用于根据所述调制信号对所述参考光束进行移频；
多个相位调制器，用于根据各所述伪随机序列对相应路的所述子光束进行相位调制，以及根据所述相位补偿控制信号对各路所述子光束进行相位锁定。
3.根据权利要求2所述的光纤激光相干合成系统，其特征在于，所述相位调制器为电光相位调制器或声光相位调制器。
4.根据权利要求1所述的光纤激光相干合成系统，其特征在于，所述数字相位解调模块，还包括：FPGA数字控制电路，用于生成各所述伪随机序列，并将各所述伪随机序列输出至所述调制器模块。
5.根据权利要求1所述的光纤激光相干合成系统，其特征在于，所述光纤激光放大器模块，包括：多个光纤激光放大器；每个所述光纤激光放大器对相位调制后的一路所述子光束进行功率放大。
6.根据权利要求1所述的光纤激光相干合成系统，其特征在于，所述合成采样模块，包括：
分光镜，用于接收准直输出的所有所述子光束和所述参考光束，并将所述子光束分出一路与所述参考光束进行干涉合成；
采样聚焦镜，设置在分光镜一侧，用于聚焦干涉合成的光束；
衰减组件，用于将聚焦后光束的功率衰减至光电探测器的探测阈值以下；
所述光电探测器，用于将功率衰减后的光束转换为电信号。
7.根据权利要求6所述的光纤激光相干合成系统，其特征在于，所述分光镜，还用于从准直输出的所有所述子光束分出另一路，用于激光功率检测。
8.根据权利要求1所述的光纤激光相干合成系统，其特征在于，所述激光准直发射模块，包括：
准直器，用于对功率放大后的各路所述子光束进行准直输出；
光纤端帽，用于对移频后的所述参考光束进行准直输出。
9.根据权利要求1所述的光纤激光相干合成系统，其特征在于，所述数字相位调制解调模块，用于根据所述设定频率滤除所述电信号中的参考光束的移频信号，将滤除移频信号后的所述电信号与每路子光束对应的伪随机序列相乘，将每路子光束对应的相乘结果在对应的伪随机序列的一个周期内求和，对各路子光束对应的求和结果进行归一化，得到相应路子光束与所述参考光束的相位差余弦值；对每路子光束与所述参考光束的相位差余弦值计算反余弦，得到相应路子光束与所述参考光束的相位差。
10.根据权利要求1所述的光纤激光相干合成系统，其特征在于，所述系统还包括：激光种子源模块；
所述激光种子源模块，包括：
激光种子源，用于产生激光光束；
光纤分束器，用于将所述激光光束分成所述多路子光束和一路所述参考光束。
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