CN113566983B - 一种激光相干阵列分布式相位控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种激光相干阵列分布式相位控制系统及控制方法。所述系统包括：激光相干阵列输出模块和分布式相位控制模块；分布式相位控制模块包括小透镜阵列、多个二级相位调制器、多个光纤耦合器、1个光纤端帽、多个光电探测器、一级相位控制系统、二级相位控制系统。二级相位控制器可有效控制阵列激光的波前信息，实现阵列激光的相干合成效果的实时控制；光纤耦合器将阵列光束的相位信息进行两两耦合探测，无需对整个阵列光束的相位信息进行统一探测，提高系统相位控制带宽；该系统具有全光纤化的特点，降低了热管理方面的压力，并提高了系统结构的紧凑性和可操作性。

Description

一种激光相干阵列分布式相位控制系统及控制方法

技术领域

本申请涉及光学相干合成技术领域，特别是涉及一种激光相干阵列分布式相位控制系统及控制方法。

背景技术

基于主振荡器功率放大(英文名称为Master Oscillator Power Amplifier，简称MOPA)的光纤激光相干阵列由于可以实现合成孔径发射，增大系统发射口径，减小激光的传输发散角(参见专利：CA2278071A1，CN103513428A，CN106451055B，CN103346470B，CN110729628B)，被广泛应用于主动成像与探测、定向能与激光通信等领域。

图1为现有技术中的相干阵列相位控制系统结构示意图。该系统包括激光相干阵列输出模块和相位控制模块，其中激光整列输出模块主要包含激光种子源101、激光分束器102、N个相位调制器103、N个激光放大器104、N个准直器105，N个分光镜106以及N个激光扩束器107；相位控制模块主要包括N个空间光程调节器108、激光合束器109、相位探测模块110以及相位控制电路111。激光种子源101输出的激光经激光分束器102分成N路子光束输出，各子光束分别进入相位调制器103。各相位调制器103分别与各对应的激光放大器104光路连接。各激光放大器104又分别与准直器105光路连接。经准直器105输出的N路激光分别被连接在光路中的N个分光镜106分为两个部分：大分部激光功率分别进入N个激光扩束器107，形成阵列激光输出；小部分激光功率直接透过分光镜106用于相位控制。在激光进入相位探测模块110之前，需要在光路上设置N个空间光程调节器108以调节每一路激光的光程，使阵列具有高相干性以符合相位控制的条件，随后阵列激光进入激光合束器109以压缩阵列激光的间距，最后被相位探测模块110探测，输送反馈信号到相位控制电路111，进而控制相位调制器103，校正系统的相位噪声。

由于采用阵列光束远场相干合成中央主瓣的能量作为评价函数，如图1所示，相位控制的算法迭代时间近似与阵列数目的二分之一次方成正比，随着阵列数目的增多，算法的迭代时间将严重限制相位控制的速率，降低相位控制带宽，进而降低相干合成效果；同时采用此类空间光路结构进行相位控制，不仅需要空间光程调节器108来调节每一路激光光程，还需要使用激光合束器109以将阵列光束进行缩束并聚焦到同一针孔探测器上，过多的器件增加了系统的重量和体积，不仅降低系统结构紧凑性，而且增大了高功率应用时热管理等实际应用方面的压力。

发明内容

为克服现有技术中相位控制方案的不足，提供一种激光相干阵列分布式相位控制系统及控制方法。

一种激光相干阵列分布式相位控制系统，所述系统包括：激光相干阵列输出模块和分布式相位控制模块；所述分布式相位控制模块包括小透镜阵列、多个二级相位调制器、多个光纤耦合器、1个光纤端帽、多个光电探测器、一级相位控制系统、二级相位控制系统。

激光相干阵列输出模块输出激光相干阵列和用于相位控制的多路控制激光束，并将多路所述控制激光束输入到所述小透镜阵列的对应小透镜中；

所述小透镜阵列的小透镜与对应所述二级相位调制器光路连接，所述二级相位调制器每两个一组与一个第一级所述光纤耦合器光路连接；第一级所述光纤耦合器每两个一组与一个第二级所述光纤耦合器光路连接，直到光纤耦合器的数量为1个时，则为最后一个光纤耦合器，所述光纤端帽与最后一个光纤耦合器连接；每一个所述光纤耦合器与一个所述光电探测器连接；所述二级相位调制器根据二级相位控制系统施加的特定电压值对小透镜输出的激光光束施加活塞相移。

所述光电探测器用于探测光纤耦合器输出的激光能量，并通过光电转换，将光信号转变为数字信号，并将所述数字信号传输至所述一级相位控制系统。

所述一级相位控制系统对所述数字信号进行运算处理，并根据预定的相位控制算法输出控制信号，并将所述控制信号输入到所述激光相干阵列输出模块中对激光相位进行控制使激光相干阵列输出模块输出激光相干阵列。

所述二级相位控制系统通过对各二级相位调制器施加特定电压值，使得小透镜阵列输出的各激光光束的活塞相位发生改变，从而控制阵列光束在远场的相干合成效果。

在其中一个实施例中，所述激光相干阵列输出模块包括：一级相位调制器；所述系统用于相位控制的方式为：一级相位调制器根据所述一级相位控制系统输出的控制信号校正系统相位噪声后，通过二级相位调制器对通过的小透镜阵列输出的各激光光束施加活塞相移，并在下一次相位锁定时，改变发射的阵列激光的活塞相位，使相位改变后的活塞相位与二级相位调制器施加的活塞相位相共轭，并通过所述二级相位调制器构建发射的阵列激光的波前，控制其远场相干合成的效果。

在其中一个实施例中，所述光纤耦合器为2×2光纤耦合器或其他类似的光纤耦合器；所述光纤耦合器用于将两路二级相位调制器输出的光束的激光能量耦合输出，通过控制其相位可以有效改变输出的两路激光能量的配比，便于后端相位控制系统进行相位控制。

在其中一个实施例中，所述一级相位调制器与所述二级相位调制器均为LiNbO₃相位调制器。

在其中一个实施例中，所述小透镜阵列用于对激光相干阵列输出模块输出的用于输出相位控制的各路控制激光束进行聚焦，以将大部分激光能量集中在小光斑上，便于将大部分激光能量耦合进光纤中。

一种激光相干阵列分布式相位控制方法，所述方法用于对上述任一所述激光相干阵列分布式相位控制系统进行相位控制；其中；二级相位调制器的数量为N，光电探测器和光纤耦合器的数量均为N-1；所述方法包括：

将激光相干阵列输出模块输出的用于相位控制的多路控制激光束入射到小透镜阵列的对应小透镜中，将激光束耦合进光纤中。

采用二级相位调制器对耦合后的激光束施加活塞相移，得到二级相位调制激光束。

将所述二级相位调制激光束两两一组耦合进光纤耦合器中，用光电探测器探测光纤耦合器输出的激光能量并转换成数字信号，得到N-1路数字信号。

将N-1路所述数字信号作为相位控制的反馈信号输送到一级相位控制系统中，并在一级相位控制系统中对所述数字信号进行运算处理，得到N路控制信号。

将N路所述控制信号输入到激光相干阵列输出模块中一级相位调制器中，改变各路光通路的光束的活塞相位，并再次采集反馈信号进行迭代控制，直到反馈信号达到最优，实现阵列激光同相位输出。

当系统实现相位锁定后，运行二级相位控制系统，对多个二级相位调制器施加特定电压信号，使得小透镜阵列输出的各激光光束的活塞相位发生改变，从而使发射的阵列激光的等效的波前信息发生改变，进而控制其在远场相干合成效果。

在其中一个实施例中，当系统实现相位锁定后，运行二级相位控制系统，对N个二级相位调制器施加特定电压信号，使得小透镜阵列输出的各激光光束的活塞相位发生改变，从而使发射的阵列激光的等效的波前信息发生改变，进而控制其在远场相干合成效果，包括：

对N路二级相位调制器依次施加相

相对应的电压，使得二级相位调制器按照顺序从第1路到第N路依次产生相位为

其中

其中L表示在远场相干合成生成拓扑荷数。

通过控制二级相位调制器使得发射的阵列激光相位在下一步的算法运行时变成与二级相位调制器施加的相位共轭，得到发射的阵列激光的活塞相位分布为

根据发射的阵列激光的活塞相位分布使得阵列激光具备呈阶梯分布的螺旋相位波前，并在远场相干合成生成拓扑荷数为L的涡旋光束。

当再次改变施加的相位后，可在远场生成另一拓扑荷数的涡旋光束。

上述一种激光相干阵列分布式相位控制系统及控制方法，所述系统包括：激光相干阵列输出模块和分布式相位控制模块；分布式相位控制模块包括小透镜阵列、多个二级相位调制器、多个光纤耦合器、1个光纤端帽、多个光电探测器、一级相位控制系统、二级相位控制系统。二级相位控制器可有效控制阵列激光的波前信息，从而使得阵列激光的相干合成效果可以实时控制；光纤耦合器将阵列光束的相位信息进行两两耦合探测，采用分组探测的方式无需对整个阵列光束的相位信息进行统一探测，降低算法迭代时间，提高了系统的相位控制带宽，克服了已有相干阵列相位控制带宽随着阵列数目增多而大幅度下降的缺陷，提高了系统路数拓展的可行性；同时该相位控制模块具有全光纤化的特点，克服了空间光路中需要激光合束器、空间光程调节器件等复杂器件的不足，不仅操作便利而且降低了热管理方面的压力，进一步提高了系统结构的紧凑性和可操作性。

附图说明

图1为现有激光相干阵列分布式相位控制系统结构示意框图；

图2为一个实施例中激光相干阵列分布式相位控制系统结构示意框图；

图3为另一个实施例中激光相干阵列分布式相位控制方法的流程示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在一个实施例中，如图2所示，提供了一种激光相干阵列分布式相位控制系统，该系统包括：激光相干阵列输出模块和分布式相位控制模块；分布式相位控制模块包括：小透镜阵列208、多个二级相位调制器209、多个光纤耦合器210、1个光纤端帽212、多个光电探测器211、一级相位控制系统213、二级相位控制系统214。

作为优选，激光相干阵列输出模块包括：激光种子源201，激光分束器202以及2条以上光通路；光通路包括依次光路连接的一级相位调制器203、激光级联放大器204、激光准直器205、分光镜206以及激光扩束器207。激光种子源201、激光分束器202以及光通路依次光路连接。激光分束器202将激光种子源201产生的输入激光光束分为与光通路的数量对应的激光光束。

一级相位调制器203用于根据一级相位控制系统213输出的控制信号，校正系统相位噪声。激光扩束器207，一方面将分光镜阵列206输出的高功率激光进行扩束，以获得大口径发射、小的传输发散角；另一方面将相干阵列构建为分孔径发射方式，根据需求设置激光的排布形式。

经过分光镜206分光后的99.99％的激光能量传输到激光扩束器207，0.01％的激光能量射进分布式相位控制模块中的小透镜阵列208的对应小透镜中。

小透镜阵列208的小透镜与对应二级相位调制器209光路连接，二级相位调制器209两个一组与一个第一级光纤耦合器210光路连接；第一级光纤耦合器210两个一组与一个第二级光纤耦合器210光路连接，直到光纤耦合器210的数量为1个时，则为最后一个光纤耦合器210，光纤端帽212与最后一个光纤耦合器210连接；每一个光纤耦合器210与一个光电探测器211连接，二级相位调制器209根据二级相位控制系统214施加的特定电压值对小透镜输出的激光光束施加活塞相移。

二级相位调制器209的数量与激光相干阵列输出模块中光通路的数量对应。

光纤端帽212，用于将最后一个光纤耦合器210输出的一路激光进行阻挡，防止其泄露到空间中。

光电探测器211，用于探测光纤耦合器210输出的激光能量，通过光电转换，将光信号转变为数字信号，并将电信号传输至一级相位控制系统213。

光电探测器211的数量与光纤耦合器210的数量对应，光纤耦合器210的数量比二级相位调制器209数量少一个。

一级相位控制系统213将数字信号进行运算处理，并根据预定的相位控制算法输出控制信号，并将所述控制信号输入到激光相干阵列输出模块中203对激光相位进行控制使激光相干阵列输出模块输出满足需求的激光相干阵列。

二级相位控制系统214，用于控制二级相位调制器209，通过对各二级相位调制器209施加特定的电压值，使得小透镜阵列输出的各激光光束的活塞相位发生改变，从而控制阵列光束在远场的相干合成效果。

上述一种激光相干阵列分布式相位控制系统中，所述系统包括：激光相干阵列输出模块和分布式相位控制模块；分布式相位控制模块包括小透镜阵列、多个二级相位调制器、多个光纤耦合器、1个光纤端帽、多个光电探测器、一级相位控制系统、二级相位控制系统。二级相位控制器可有效控制阵列激光的波前信息，从而使得阵列激光的相干合成效果可以实时控制；光纤耦合器将阵列光束的相位信息进行两两耦合探测，采用分组探测的方式无需对整个阵列光束的相位信息进行统一探测，降低算法迭代时间，提高了系统的相位控制带宽，克服了已有相干阵列相位控制带宽随着阵列数目增多而大幅度下降的缺陷，提高了系统路数拓展的可行性；同时该相位控制模块具有全光纤化的特点，克服了空间光路中需要激光合束器、空间光程调节器件等复杂器件的不足，不仅操作便利而且降低了热管理方面的压力，进一步提高了系统结构的紧凑性和可操作性。

在其中一个实施例中，激光相干阵列输出模块包括：一级相位调制器；系统用于相位控制的方式为：一级相位调制器根据一级相位控制系统输出的控制信号校正系统相位噪声后，通过二级相位调制器对通过的小透镜阵列输出的各激光光束施加活塞相移，并在下一次相位锁定时，改变发射的阵列激光的活塞相位，使相位改变后的活塞相位与二级相位调制器施加的活塞相位相共轭，并通过二级相位调制器构建发射的阵列激光的波前，控制其远场相干合成的效果。

在其中一个实施例中，光纤耦合器为2×2光纤耦合器或其他类似的光纤耦合器；光纤耦合器用于将两路二级相位调制器输出的光束的激光能量耦合输出，通过控制其相位可以有效改变输出的两路激光能量的配比，便于后端相位控制系统进行相位控制。

在其中一个实施例中，一级相位调制器与二级相位调制器均为LiNbO₃相位调制器。

在其中一个实施例中，小透镜阵列用于对激光相干阵列输出模块输出的用于输出相位控制的各路控制激光束进行聚焦，以将大部分激光能量集中在小光斑上，便于将大部分激光能量耦合进光纤中。

在一个实施例中，如图3所述，提供了一种激光相干阵列分布式相位控制方法，方法用于对上述任一激光相干阵列分布式相位控制系统进行相位控制；其中；二级相位调制器数量为N，光纤耦合器和光电探测器的数量均为N-1；方法包括：

步骤300：将激光相干阵列输出模块输出的用于相位控制的多路控制激光束入射到小透镜阵列的对应小透镜中，将激光束耦合进光纤中。

步骤302：采用二级相位调制器对耦合后的激光束施加活塞相移，得到二级相位调制激光束。

步骤304：将二级相位调制激光束两两一组耦合进光纤耦合器中，用光电探测器探测光纤耦合器输出的激光能量并转换成数字信号，得到N-1路数字信号。

步骤306：将N-1路数字信号作为相位控制的反馈信号输送到一级相位控制系统中，并在一级相位控制系统中对数字信号进行运算处理，得到N路控制信号。

步骤308：将N路控制信号输入到激光相干阵列输出模块中一级相位调制器中，改变各路光通路的光束的活塞相位，并再次采集反馈信号进行迭代控制，直到反馈信号达到最优，实现阵列激光同相位输出。

步骤310：当系统实现相位锁定后，运行二级相位控制系统，对N个二级相位调制器施加特定电压信号，使得小透镜阵列输出的各激光光束的活塞相位发生改变，从而使发射的阵列激光的等效的波前信息发生改变，进而控制其在远场相干合成效果。

上述激光相干阵列分布式相位控制方法，通过控制二级相位调制器，可以有效控制阵列激光的波前信息，从而使得阵列激光的相干合成效果可以实时控制；又由于通过光纤耦合器将阵列光束的相位信息进行两两耦合探测，采用分组探测的方式无需对整个阵列光束的相位信息进行统一探测，算法迭代时间将有效降低，有利于提高系统的相位控制带宽，克服了已有相干阵列相位控制带宽随着阵列数目增多而大幅度下降的缺陷，提高了系统路数拓展的可行性；同时该相位控制模块具有全光纤化的特点，克服了空间光路中需要激光合束器109、空间光程调节器件108等复杂器件的不足，不仅操作便利而且降低了热管理方面的压力，进一步提高了系统结构的紧凑性和可操作性。

在其中一个实施例中，步骤310还包括：对N路二级相位调制器依次施加相

相对应的电压，使得二级相位调制器按照顺序从第1路到第N路依次产生相位为

其中

其中L表示在远场相干合成生成拓扑荷数；通过控制二级相位调制器使得发射的阵列激光相位在下一步的算法运行时变成与二级相位调制器施加的相位共轭，得到发射的阵列激光的活塞相位分布为

根据发射的阵列激光的活塞相位分布使得阵列激光具备呈阶梯分布的螺旋相位波前，并在远场相干合成生成拓扑荷数为L的涡旋光束；当再次改变施加的相位后，可在远场生成另一拓扑荷数的涡旋光束。

应该理解的是，虽然图3的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图3中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

在一个实施例中，对激光相干阵列分布式相位控制系统进行控制生成高功率涡旋光束等结构光。提供了一种涡旋光束模式高速切换方法，步骤如下：

首先，种子激光201经过激光分束器202分为N路激光输出，后每一路激光再一级相位调制器203、级联放大器204后实现高功率的激光输出，再经准直器205以及分光镜阵列206将阵列激光分为两个部分，99.99％的激光能量发射到对应的N个激光扩束器207中，将N路光束扩束后排列成特定阵列激光发射形式输出；0.01％的激光能量透过分光镜阵列206并用于相位控制。

其次，0.01％的激光能量经过小透镜阵列208后耦合进光纤中，再经过二级相位调制器209耦合进光纤耦合器210中，最后由光电探测器211进行探测光纤耦合器210输出的激光能量并转换成数字信号，作为相位控制的反馈信号输送到一级相位控制系统213中；经过一级相位控制系统213的处理运算，生成N路控制信号，分别控制一级相位调制器203，改变各路光束的活塞相位，后又再次采集反馈信号进行迭代控制，直到反馈信号达到最优，实现阵列激光同相位输出。

最后，当系统实现相位锁定后，运行二级相位控制系统214，对N个二级相位调制器209施加特定电压信号大小，其信号大小跟LiNbO₃相位调制器的电压相移曲线相对应；为了获得拓扑荷数为L的涡旋光束，对N路二级相位调制器209依次施加相位从L×2π/N到L×2π相对应的电压大小，使得二级相位调制器209按照顺序从第1路到第N路依次产生相位为L×2π/N，2×L×2π/N，……，L×2π；从而使得发射的阵列激光相位在下一步的算法运行时，变成与二级相位调制器209施加的相位共轭，此时发射的阵列激光的活塞相位分布为-L×2π/N，-2×L×2π/N，……，-L×2π；从而使得阵列激光具备呈阶梯分布的螺旋相位波前，最终在远场相干合成生成拓扑荷数为L的涡旋光束；当再次改变施加的相位后，可在远场生成另一拓扑荷数的涡旋光束。

因此，通过控制二级相位调制器209，可以有效控制发射的阵列激光的相位波前，从而使得阵列激光具备拓扑荷数为某数值的螺旋相位波前，进而在远场相干合成生成涡旋光束；又由于一级相位调制器203与二级相位调制器209均为LiNbO₃相位调制器，其响应频率高达数GHz，精度高达波长的千分之一，为此，采用该方法生成的涡旋光束，其模式具有高速切换的能力，与采用液晶空间光相位调制器生成的涡旋光束相比，其切换速度可从KHz量级提升到MHz乃至GHz量级，为其更多应用需求提供一种新颖的方法。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种激光相干阵列分布式相位控制系统，所述系统包括：激光相干阵列输出模块和分布式相位控制模块；其特征在于，所述分布式相位控制模块包括小透镜阵列、多个二级相位调制器、多个光纤耦合器、1个光纤端帽、多个光电探测器、一级相位控制系统、二级相位控制系统；

所述激光相干阵列输出模块输出激光相干阵列和用于相位控制的多路控制激光束，并将多路所述控制激光束输入到所述小透镜阵列的对应小透镜中；

所述小透镜阵列的小透镜与对应所述二级相位调制器光路连接，所述二级相位调制器两个一组与一个第一级所述光纤耦合器光路连接；第一级所述光纤耦合器两个一组与一个第二级所述光纤耦合器光路连接，直到光纤耦合器的数量为1个时，则为最后一个光纤耦合器，所述光纤端帽与最后一个光纤耦合器连接；每一个所述光纤耦合器与一个所述光电探测器连接；所述二级相位调制器根据二级相位控制系统施加的特定电压值对小透镜输出的激光光束施加活塞相移；

所述光电探测器用于探测光纤耦合器输出的激光能量，并通过光电转换，将光信号转变为数字信号，并将所述数字信号传输至所述一级相位控制系统；

所述一级相位控制系统对所述数字信号进行运算处理，并根据预定的相位控制算法输出控制信号，并将所述控制信号输入到所述激光相干阵列输出模块中对激光相位进行控制，使激光相干阵列输出模块输出激光相干阵列；

所述二级相位控制系统通过对各二级相位调制器施加特定电压值，使得小透镜阵列输出的各激光光束的活塞相位发生改变，从而控制阵列光束在远场的相干合成效果；

其中，所述激光相干阵列输出模块包括激光种子源、激光分束器以及多条光通路，每条光通路包括依次光路连接的一级相位调制器、激光级联放大器、激光准直器、分光镜以及激光扩束器；所述激光相干阵列输出模块用于通过激光分束器将激光种子源产生的输入激光光束分为与光通路的数量对应的激光光束，经过分光镜分光后的一部分激光能量传输到激光扩束器用于输出激光相干阵列，另一部分的激光能量用于输出相位控制的多路控制激光束；

激光相位控制的方式为：一级相位调制器根据所述一级相位控制系统输出的控制信号校正系统相位噪声后，通过二级相位调制器对通过小透镜阵列输出的各激光光束施加活塞相移，并在下一次相位锁定时，改变发射的阵列激光的活塞相位，使相位改变后的活塞相位与二级相位调制器施加的活塞相位相共轭，并通过所述二级相位调制器构建发射的阵列激光的波前，控制其远场相干合成的效果。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光纤耦合器为2×2光纤耦合器或其他光纤耦合器；所述光纤耦合器用于将两路二级相位调制器输出的光束的激光能量耦合输出，通过控制其相位改变输出的两路激光能量的配比，便于后端相位控制系统进行相位控制。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述一级相位调制器与所述二级相位调制器均为LiNbO₃相位调制器。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述小透镜阵列用于对激光相干阵列输出模块输出的用于输出相位控制的各路控制激光束进行聚焦。

5.一种激光相干阵列分布式相位控制方法，其特征在于，所述方法用于对权利要求1-4任一项所述激光相干阵列分布式相位控制系统进行相位控制；其中；二级相位调制器数量为N，光电探测器和光纤耦合器的数量均为N-1，N的取值为N＝4ⁿ，n为大于0的整数；所述方法包括：

将激光相干阵列输出模块输出的用于相位控制的多路控制激光束入射到小透镜阵列的对应小透镜中，将激光束耦合进光纤中；

采用二级相位调制器对耦合后的激光束施加活塞相移，得到二级相位调制激光束；

将所述二级相位调制激光束两两一组耦合进光纤耦合器中，用光电探测器探测光纤耦合器输出的激光能量并转换成数字信号，得到N-1路数字信号；

将N-1路所述数字信号作为相位控制的反馈信号输送到一级相位控制系统中，并在一级相位控制系统中对所述数字信号进行运算处理，得到N路控制信号；

将N路所述控制信号输入到激光相干阵列输出模块中一级相位调制器中，改变各路光通路的光束的活塞相位，并再次采集反馈信号进行迭代控制，直到反馈信号达到最优，实现阵列激光同相位输出；

当系统实现相位锁定后，运行二级相位控制系统，对N个二级相位调制器施加特定电压信号，使得小透镜阵列输出的各激光光束的活塞相位发生改变，从而使发射的阵列激光的等效的波前信息发生改变，进而控制其在远场相干合成效果。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，当系统实现相位锁定后，运行二级相位控制系统，对N个二级相位调制器施加特定电压信号，使得小透镜阵列输出的各激光光束的活塞相位发生改变，从而使发射的阵列激光的等效的波前信息发生改变，进而控制其在远场相干合成效果，包括：

对N路二级相位调制器依次施加相

相对应的电压，使得二级相位调制器按照顺序从第1路到第N路依次产生相位为

其中

其中L表示在远场相干合成生成拓扑荷数；

通过控制二级相位调制器使得发射的阵列激光相位在下一步的算法运行时变成与二级相位调制器施加的相位共轭，得到发射的阵列激光的活塞相位分布为

根据发射的阵列激光的活塞相位分布使得阵列激光具备呈阶梯分布的螺旋相位波前，并在远场相干合成生成拓扑荷数为L的涡旋光束；

当再次改变施加的相位后，可在远场生成另一拓扑荷数的涡旋光束。

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