CN113078549B - 自适应光纤准直器阵列目标上光束合成的指向控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了自适应光纤准直器阵列目标上光束合成的指向控制方法，其步骤如下：首先在每束主激光内分别耦合一路不同波长的指示光，通过光电探测系统探测各束指示光在目标上的位置，调整各路自适应光纤准直器的指向，使得对应的指示光在目标上位置与指定位置重合，即可实现了各束主激光都作用在目标上的指定位置。本发明解决了自适应光纤准直器目标上光束合成的指向控制问题，提高了目标上的激光功率密度，改善了激光束的作用效果。

Description

自适应光纤准直器阵列目标上光束合成的指向控制方法
技术领域
本发明涉及激光技术领域，更为具体的，涉及自适应光纤准直器阵列目标上光束合成的指向控制方法。
背景技术
单模光纤激光器单纤输出功率存在物理极限。为了进一步提高输出功率，光束合成是一种行之有效的途径。按照具体实施方式，光束合成可分为发射前合成与目标上合成两种技术途径。自适应光纤准直器阵列是目标上光束合成系统中的一种关键器件，通过在准直透镜的焦面上移动光纤端帽位置改变输出光束的指向。通常自适应光纤准直器输出的单个子光束口径小于大气相关长度，因而大气湍流主要对子光束引入倾斜，高阶像差成分较少，仅通过调整各子光束的指向使其在目标上的光斑位置重合即可实现良好的到靶光束质量。
通常自适应光纤准直器阵列中输入的各子光束波长一致，难以通过观测目标上的光斑位置信息来区分各子光束的指向进而有效控制，因而目前报道的子光束指向控制往往基于优化算法，以目标上某一位置激光束功率密度最高作为标准。然而优化算法往往收敛速度慢、稳定性差，难以满足实际系统运用要求。目前未见关于直接探测各子光束指向并进行控制的自适应光纤准直器阵列光束指向控制方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供自适应光纤准直器阵列目标上光束合成的指向控制方法，通过在各主激光子光束内耦合不同波长的指示光，利用指示光的标记各束主激光子光束，解决了主激光子光束的指向探测与控制问题，提高了目标上的激光功率密度，改善了激光束的作用效果。
本发明的目的是通过以下方案实现的：
自适应光纤准直器阵列目标上光束合成的指向控制方法，包括：
步骤1，将波长为λi的指示光与第i束主激光耦合，其中i＝1，2，3，…n,n是自适应光纤准直器的数量，且λ1、λ2、…、λn各不相同；
步骤2，指定目标上的光束作用位置(Cx0、Cy0)；
步骤3，探测目标上波长为λi的光束光斑位置(Cxi、Cyi)；
步骤4，调整第i束光束指向，使光束光斑位置(Cxi、Cyi)与光束作用位置(Cx0、Cy0)重合。
进一步地，包括：
步骤5，重复执行步骤2～步骤4。
进一步地，在步骤1中，波长为λi的指示光通过光纤合束器耦合进传输第i束主激光的光纤。
进一步地，在步骤2中，目标上的光束作用位置(Cx0、Cy0)通过目标识别与跟踪算法自动指定，或由操作员人工指定。
进一步地，在步骤3中，目标上波长为λi的光束光斑位置(Cxi、Cyi)由光电探测系统探测。
进一步地，在步骤4中，分别以Cxi-Cx0＝0和Cyi-Cy0＝0为目标，控制第i个自适应光纤准直器在x和y方向偏转。
进一步地，所述光电探测系统包括成像光学组件与图像探测器；通过光栅分光、棱镜分光或像素级带通滤光片实现同时对目标上波长为λ1～λi的光斑分别探测，光斑位置能够由质心算法或图像二值化方法计算得到。
进一步地，采用PID算法控制第i个自适应光纤准直器在x和y方向偏转。
本发明的有益效果是：
本发明通过在各主激光子光束内耦合不同波长的指示光，利用指示光标记各束主激光子光束，解决了主激光子光束的指向探测与控制问题，提高了目标上的激光功率密度，改善了激光束的作用效果。具体的，首先在每束主激光内分别耦合一路不同波长的指示光，通过光电探测系统探测各束指示光在目标上的位置，调整各路自适应光纤准直器的指向，使得对应的指示光在目标上位置与指定位置重合，即可实现各束主激光都作用在目标上的指定位置。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的实施例的方法流程示意图；
图2为本发明的实施例的系统结构示意图；
图中，1-第一主激光器，2-第一指示激光器，3-第二主激光器，4-第二指示激光器，5-第n主激光器，6-第n指示激光器，7-第一自适应光纤准直器，8-第二自适应光纤准直器，9-第n自适应光纤准直器，10-光电探测系统，11-目标。
具体实施方式
本说明书中所有实施例公开的所有特征，或隐含公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合和/或扩展、替换。
如图1所示，自适应光纤准直器阵列目标上光束合成的指向控制方法，包括：
步骤1，将波长为λi的指示光与第i束主激光耦合，其中i＝1，2，3，…n,n是自适应光纤准直器的数量，且λ1、λ2、…、λn各不相同；
步骤2，指定目标上的光束作用位置(Cx0、Cy0)；
步骤3，探测目标上波长为λi的光束光斑位置(Cxi、Cyi)；
步骤4，调整第i束光束指向，使光束光斑位置(Cxi、Cyi)与光束作用位置(Cx0、Cy0)重合。
进一步地，包括：
步骤5，重复执行步骤2～步骤4。
进一步地，在步骤1中，波长为λi的指示光通过光纤合束器耦合进传输第i束主激光的光纤。
进一步地，在步骤2中，目标上的光束作用位置(Cx0、Cy0)通过目标识别与跟踪算法自动指定，或由操作员人工指定。
进一步地，在步骤3中，目标上波长为λi的光束光斑位置(Cxi、Cyi)由光电探测系统探测。
进一步地，在步骤4中，分别以Cxi-Cx0＝0和Cyi-Cy0＝0为目标，控制第i个自适应光纤准直器在x和y方向偏转。
进一步地，所述光电探测系统包括成像光学组件与图像探测器；通过光栅分光、棱镜分光或像素级带通滤光片实现同时对目标上波长为λ1～λi的光斑分别探测，光斑位置能够由质心算法或图像二值化方法计算得到。
进一步地，采用PID算法控制第i个自适应光纤准直器在x和y方向偏转。
在本发明的其他实施例中，如图2所示，它为本发明的实施例的系统结构示意图，包括多个主激光器和多个指示激光器等，具体按图2所示，设置有第一主激光器1、第一指示激光器2、第二主激光器3、第二指示激光器4、第n主激光器5、第n指示激光器6、第一自适应光纤准直器7、第二自适应光纤准直器8、第n自适应光纤准直器9、光电探测系统10和目标11。在该实施例中，n取4，λ1＝532nm，λ2＝589nm，λ4＝808nm，主激光波长为1070nm，目标为十字靶板，人工指定十字叉中心位置为(Cx0，Cy0)，光电探测系统采用采用焦距为1m的镜头作为成像光学组件，采用n台CMOS相机作为图像传感器。通过镜头成像的光束由分光镜分为四束，波长为λ1～λn的光束分别进入n个CMOS相机成像。光斑位置采用质心算法计算。本发明实施例通过在各主激光子光束内耦合不同波长的指示光，利用指示光的标记各束主激光子光束，解决了主激光子光束的指向探测与控制问题。
本发明功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，在一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)以及相应的软件中执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、或者光盘等各种可以存储程序代码的介质，进行测试或者实际的数据在程序实现中存在于只读存储器(Random Access Memory，RAM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)等。
除以上实例以外，本领域技术人员根据上述公开内容获得启示或利用相关领域的知识或技术进行改动获得其他实施例，各个实施例的特征可以互换或替换，本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.自适应光纤准直器阵列目标上光束合成的指向控制方法，其特征在于，包括：
步骤1，将波长为λi的指示光与第i束主激光耦合，其中i＝1，2，3，…n,n是自适应光纤准直器的数量，且λ1、λ2、…、λn各不相同；
步骤2，确定目标上的光束作用位置(Cx0、Cy0)；
步骤3，探测目标上波长为λi的光束光斑位置(Cxi、Cyi)；
步骤4，依次调整第i束光束指向，使光束光斑位置(Cxi、Cyi)与光束作用位置(Cx0、Cy0)重合。
2.根据权利要求1所述的自适应光纤准直器阵列目标上光束合成的指向控制方法，其特征在于，在步骤1中，波长为λi的指示光通过光纤合束器耦合进传输第i束主激光的光纤。
3.根据权利要求1所述的自适应光纤准直器阵列目标上光束合成的指向控制方法，其特征在于，在步骤2中，目标上的光束作用位置(Cx0、Cy0)通过目标识别与跟踪算法自动指定，或由操作员人工指定。
4.根据权利要求1所述的自适应光纤准直器阵列目标上光束合成的指向控制方法，其特征在于，在步骤3中，目标上波长为λi的光束光斑位置(Cxi、Cyi)由光电探测系统探测。
5.根据权利要求1所述的自适应光纤准直器阵列目标上光束合成的指向控制方法，其特征在于，在步骤4中，分别以Cxi-Cx0＝0和Cyi-Cy0＝0为目标，控制第i个自适应光纤准直器在x和y方向偏转。
6.根据权利要求4所述的自适应光纤准直器阵列目标上光束合成的指向控制方法，其特征在于，所述光电探测系统包括成像光学组件与图像探测器；通过光栅分光、棱镜分光或像素级带通滤光片实现同时对目标上波长为λ1～λi的光斑分别探测，光斑位置能够由质心算法或图像二值化方法计算得到。
7.根据权利要求5所述的自适应光纤准直器阵列目标上光束合成的指向控制方法，其特征在于，采用PID算法控制第i个自适应光纤准直器在x和y方向偏转。
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