本發(fā)明主要涉及到光學(xué)相干合成，尤其是一種光纖激光相干合成系統(tǒng)的光程差實時測控裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、光纖激光器的輸出功率的提升受熱效應(yīng)、非線性效應(yīng)和模式不穩(wěn)定等因素的限制。為進一步提高光纖激光器的輸出功率，對多個光纖激光器進行相干合成是有效方法之一。在高功率光纖激光相干合成系統(tǒng)中，往往選用窄線寬激光器作為子單元，具有較寬線寬的光纖激光有利于提高出現(xiàn)布里淵散射的光功率閾值從而提高單個光纖激光器的輸出。然而隨著單個光纖激光器線寬的增加，相干長度隨之降低，從而使得各光纖放大器輸出激光之間的相干性變差甚至不相干。

2、為了保證各光纖放大器輸出激光的光程差在相干長度之內(nèi)，需要對各路光纖放大器之間的光程差進行補償。傳統(tǒng)的光程差補償方法分為兩步，首先利用皮秒脈沖光源同時注入到各放大器鏈路中，通過測得各路輸出到達光電探測器的時間來確定大致光程差范圍，進而通過補償被動光纖長度的方法實現(xiàn)粗補償；然后利用光纖延遲線，通過測量輸出激光的兩兩干涉幅度進行精細補償使得各子激光兩兩干涉幅度最大。

3、上述傳統(tǒng)的光程差補償方法能夠?qū)崿F(xiàn)高功率窄線寬光纖激光陣列的光程差的靜態(tài)補償。然而在當光纖激光器輸出功率提高后，由于熱效應(yīng)等因素導(dǎo)致光纖激光器內(nèi)光程發(fā)生實時變化，使得各子光束間的相干性變差，需要進一步進行實時的測量和補償。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種光纖激光相干合成系統(tǒng)的光程差實時測控裝置及方法。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

3、一方面，本發(fā)明提供一種光纖激光相干合成系統(tǒng)的光程差實時測控裝置，包括光纖激光相干合成系統(tǒng)以及動態(tài)光程差控制模塊；

4、在所述光纖激光相干合成系統(tǒng)中的n路子激光的傳輸光路上均設(shè)置有相位調(diào)制器、高速光纖延遲線、波分復(fù)用器、放大器以及光纖準直器，其中n≥2；

5、所述高速光纖延遲線用于對動態(tài)光程差進行實時補償，各路子激光對應(yīng)的高速光纖延遲線和波分復(fù)用器之間連接有動態(tài)光程差控制模塊，所述動態(tài)光程差控制模塊通過發(fā)出探測激光，各路子激光對應(yīng)的光纖準直器端面能夠反射探測激光，通過檢測從各路子激光對應(yīng)的光纖準直器端面反射回的探測激光，進行相應(yīng)光程計算并實時補償。

6、進一步地，本發(fā)明所述激光相干合成系統(tǒng)包括1個種子激光器、1個第一1×n分束器、n個相位調(diào)制器、n個高速光纖延遲線、n個波分復(fù)用器、n個放大器和n個光纖準直器和1個閉環(huán)相位控制模塊；

7、所述種子激光器，用于輸出波長為的種子激光；

8、所述第一1×n分束器，用于將種子激光分束為n路子激光；

9、所述n個光纖準直器按照陣列排布成光纖準直器陣列，用于將各路子激光合束準直輸出；

10、所述閉環(huán)相位控制模塊采集一小部分功率的合束準直輸出的激光輸入閉環(huán)相位控制模塊，利用閉環(huán)相位控制模塊實現(xiàn)各路子激光的相位控制進而實現(xiàn)相干合成。

11、進一步地，本發(fā)明所述激光相干合成系統(tǒng)中的各路子激光的傳輸光路上均設(shè)置有大量程光纖延遲線，大量程光纖延遲線用于對各路子激光的靜態(tài)光程差進行補償。

12、進一步地，本發(fā)明所述動態(tài)光程差控制模塊包括波長為的探測激光器、馬-曾調(diào)制器、第二1×n分束器、三端口光環(huán)形器、高速光電探測器和光程控制器，其中所述第二1×n分束器具有n+1個輸端口，當激光從第二1×n分束器的第1端口輸入時，激光將被第二1×n分束器分為n路，分別從第二1×n分束器的第2端口到第n+1端口輸出；所述三端口光環(huán)形器有n個，所述高速光電探測器有n個；

13、探測激光器與馬-曾調(diào)制器光路連接，馬-曾調(diào)制器與第二1×n分束器的第1端口光路連接；所述第二1×n分束器的第i+1端口與第i個三端口光環(huán)形器的第1端口光路連接，第i個三端口光環(huán)形器的第2端口與第i個波分復(fù)用器光路連接，第i個三端口光環(huán)形器的第3端口與第i個高速光電探測器光路連接，i=1，2，…，n；從所述三端口光環(huán)形器的第1端口輸入的激光只能從所述三端口光環(huán)形器的第2端口輸出，從所述三端口光環(huán)形器的第2端口輸入的激光只能從所述三端口光環(huán)形器的第3端口輸出；

14、所述第i個高速光電探測器用于檢測從第i路子激光的傳輸光路上光纖準直器端面返回的波長為的探測光的光強并轉(zhuǎn)換為電信號；所述第i個高速光電探測器的輸出端與光程控制器的第i個輸入端電連接；光程控制器的第1輸出端與馬-曾調(diào)制器電連接用于施加調(diào)制，所述馬-曾調(diào)制器用于對探測激光進行振幅調(diào)制；光程控制器的第i+1輸出端與第i個高速光纖延遲線電連接，光程控制器實時解調(diào)各路子激光的絕對光程值并計算各路子激光的光程變化，從而獲取各路子激光的延遲增量，實現(xiàn)對各子激光的光程差實時控制。

15、進一步地，本發(fā)明所述閉環(huán)相位控制模塊包括采樣鏡、聚焦透鏡、光電探測器和相位控制器；所述光纖準直器陣列合束準直輸出的激光入射至采樣鏡，所述采樣鏡采集一小部分功率的合束準直輸出的激光經(jīng)聚焦透鏡聚焦后入射至光電探測器；所述光電探測器將光強信號轉(zhuǎn)換為電信號，光電探測器的輸出端與相位控制器的輸入端電連接，相位控制器的各輸出端與各路子激光的傳輸光路上的相位調(diào)制器的電輸入端電連接，所述相位控制器用于補償系統(tǒng)中存在的相位誤差實現(xiàn)各路子激光的相位一致。

16、進一步地，本發(fā)明所述采樣鏡為高反鏡，所述光纖準直器陣列合束準直輸出的激光入射至高反鏡，絕大部分功率的激光經(jīng)高反鏡反射至自由空間，其余小部分功率的激光經(jīng)高反鏡透射至聚焦透鏡。

17、進一步地，本發(fā)明所述采樣鏡為高透鏡，所述光纖準直器陣列合束準直輸出的激光入射至高透鏡，絕大部分功率的激光經(jīng)高透鏡透射至自由空間，其余小部分功率的激光經(jīng)高透鏡反射至聚焦透鏡。

18、一方面，本發(fā)明提供一種光纖激光相干合成系統(tǒng)的光程差實時測控方法，即基于上述任一光纖激光相干合成系統(tǒng)的光程差實時測控裝置實現(xiàn)光纖激光相干合成系統(tǒng)的光程差實時測控。

19、相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明能夠產(chǎn)生的技術(shù)效果是：

20、針對光纖激光相干合成系統(tǒng)在輸出功率提高后，由于熱效應(yīng)等因素導(dǎo)致光纖激光相干合成系統(tǒng)內(nèi)光程發(fā)生實時變化，使得各子光束間的相干性變差，需要進一步進行實時的測量和補償中的這一情況，本發(fā)明提供了一種光纖激光相干合成系統(tǒng)的光程差實時測控裝置及方法，具體地通過全光纖結(jié)構(gòu)向各路子激光的傳輸光路上注入探測激光，各路子激光對應(yīng)的光纖準直器端面能夠反射探測激光，通過檢測從各路子激光對應(yīng)的光纖準直器端面反射回的探測激光，進行相應(yīng)光程計算并實時補償，提高在高輸出功率運行時光纖激光相干合成各子光束間的相干性。

技術(shù)特征：

1.光纖激光相干合成系統(tǒng)的光程差實時測控裝置，其特征在于，包括光纖激光相干合成系統(tǒng)以及動態(tài)光程差控制模塊；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖激光相干合成系統(tǒng)的光程差實時測控裝置，其特征在于，所述激光相干合成系統(tǒng)包括1個種子激光器、1個第一1×n分束器、n個相位調(diào)制器、n個高速光纖延遲線、n個波分復(fù)用器、n個放大器和n個光纖準直器和1個閉環(huán)相位控制模塊；

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光纖激光相干合成系統(tǒng)的光程差實時測控裝置，其特征在于，所述激光相干合成系統(tǒng)中的n路子激光的傳輸光路上均設(shè)置有大量程光纖延遲線，大量程光纖延遲線用于對各路子激光的靜態(tài)光程差進行補償。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光纖激光相干合成系統(tǒng)的光程差實時測控裝置，其特征在于，閉環(huán)相位控制模塊包括采樣鏡、聚焦透鏡、光電探測器和相位控制器；所述光纖準直器陣列合束準直輸出的激光入射至采樣鏡，所述采樣鏡采集一小部分功率的合束準直輸出的激光經(jīng)聚焦透鏡聚焦后入射至光電探測器；所述光電探測器將光強信號轉(zhuǎn)換為電信號，光電探測器的輸出端與相位控制器的輸入端電連接，相位控制器的各輸出端與各路子激光的傳輸光路上的相位調(diào)制器的電輸入端電連接，所述相位控制器用于補償系統(tǒng)中存在的相位誤差實現(xiàn)各路子激光的相位一致。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光纖激光相干合成系統(tǒng)的光程差實時測控裝置，其特征在于，所述采樣鏡為高反鏡，所述光纖準直器陣列合束準直輸出的激光入射至高反鏡，絕大部分功率的激光經(jīng)高反鏡反射至自由空間，其余小部分功率的激光經(jīng)高反鏡透射至聚焦透鏡。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光纖激光相干合成系統(tǒng)的光程差實時測控裝置，其特征在于，所述采樣鏡為高透鏡，所述光纖準直器陣列合束準直輸出的激光入射至高透鏡，絕大部分功率的激光經(jīng)高透鏡透射至自由空間，其余小部分功率的激光經(jīng)高透鏡反射至聚焦透鏡。

7.一種光纖激光相干合成系統(tǒng)的光程差實時測控方法，其特征在于，基于如權(quán)利要求1所述光纖激光相干合成系統(tǒng)的光程差實時測控裝置實現(xiàn)光纖激光相干合成系統(tǒng)的光程差實時測控。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光纖激光相干合成系統(tǒng)的光程差實時測控方法，其特征在于，所述激光相干合成系統(tǒng)包括1個種子激光器、1個第一1×n分束器、n個相位調(diào)制器、n個高速光纖延遲線、n個波分復(fù)用器、n個放大器和n個光纖準直器和1個閉環(huán)相位控制模塊；

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光纖激光相干合成系統(tǒng)的光程差實時測控裝置，其特征在于，所述激光相干合成系統(tǒng)中的n路子激光的傳輸光路上均設(shè)置有大量程光纖延遲線，大量程光纖延遲線用于對各路子激光的靜態(tài)光程差進行補償。

10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光纖激光相干合成系統(tǒng)的光程差實時測控方法，其特征在于，包括：

技術(shù)總結(jié)
一種光纖激光相干合成系統(tǒng)的光程差實時測控裝置及方法，包括光纖激光相干合成系統(tǒng)以及動態(tài)光程差控制模塊；在光纖激光相干合成系統(tǒng)中的各路子激光的傳輸光路上均設(shè)置有相位調(diào)制器、高速光纖延遲線、波分復(fù)用器、放大器以及光纖準直器；高速光纖延遲線用于對動態(tài)光程差進行實時補償，各路子激光對應(yīng)的高速光纖延遲線和波分復(fù)用器之間連接有動態(tài)光程差控制模塊，動態(tài)光程差控制模塊通過發(fā)出探測激光，各路子激光對應(yīng)的光纖準直器端面能夠反射探測激光，通過檢測從各路子激光對應(yīng)的光纖準直器端面反射回的探測激光，進行相應(yīng)光程計算并實時補償。本發(fā)明能夠提高在高輸出功率運行時光纖激光相干合成各子光束間的相干性。

技術(shù)研發(fā)人員：馬鵬飛,高志強,鄧宇,劉偉,粟榮濤,馬閻星,王澤鋒,周樸,陳金寶
受保護的技術(shù)使用者：中國人民解放軍國防科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21