用于大阵元相干合成的相位控制方法及控制电路技术

技术编号:14760150 阅读:122 留言:0更新日期:2017-03-03 10:03
一种用于大阵元相干合成的相位控制方法,其特征在于相位控制算法的调制信号采用正交编码单频调制,相比多抖动算法而言,无需多个频率的调试信号,简化了算法,便于硬件实现;相比于单频抖动算法而言,增加了某一时间段内施加相位调试的路数,提升了控制带宽。本发明专利技术还提供一种用于大阵元相干合成的相位控制电路,包括可编程芯片1、数模转换器3、控制信号调理电路4、模数转换器5和输入信号调理电路6,其特征在于:还包括多路选择器2。在可编程芯片1输出引脚有限的情况下,提升了控制电路的最大控制路数,能够实现百路级的大阵元相干合成系统的相位控制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及激光的相干合成,特别是一种用于大阵元相干合成的相位控制方法及控制电路
技术介绍
激光相干合成技术能够突破单路激光输出功率的极限,提高激光功率和亮度,是目前高能激光
的研究热点。基于主动相位控制的主振荡器功率放大(英文名称为MasterOscillatorPowerAmplifier,简称MOPA)结构是普遍采用的一种激光相干合成系统(参见专利技术专利CN1688069A)。该系统结构如图1所示(参见文献:刘泽金,等.主动相位控制光纤激光相干合成的研究.中国激光,2009,36(3):518-524.),系统主要包含种子激光1/、激光分束器2/、相位调制器3/、激光放大器4/、激光准直器5/、激光合束器6/、分光镜7/、光电探测器8/和相位控制电路9/。其中,相位控制电路是相干合成的核心器件。目前的相位控制电路普遍采用如图2所示的结构(参见文献:粟荣涛,等.光纤激光相干合成高速高精度相位控制器.强激光与粒子束,2012,24(6):1290-1294),控制电路主要有以下部分构成:可编程芯片1、数模转换器3、控制信号调理电路4、模数转换器5和输入信号调理电路6。为了消除系统中激光放大器等部件引入的相位噪声,需要对各路激光的相位噪声进行控制,实现激光阵列的同相位输出。一般是利用光电探测器探测合成光束的光强起伏,再通过一定的算法从中提取出相位噪声信息,并利用相位控制电路进行主动相位控制,从而消除相位噪声的影响。目前应用较为广泛的相位控制算法有随机并行梯度下降算法(参见文献:王小林,等.基于随机并行梯度下降算法光纤激光相干合成的高精度相位控制系统.物理学报,2010,59(2):973-979)、多抖动算法(参见文献:马阎星,等.多抖动法主振荡功率放大器相干合成技术.强激光与粒子束,2009,21(11):1639-1644)和单频抖动算法(参见文献5:YMa,等.Coherentbeamcombinationwithsinglefrequencyditheringtechnique.Opt.Lett.,2010,35(9):1308-1310)等。多抖动算法的原理如图2所示(以3路为例),首先相位控制电路通过相位调制器在各路激光上加载一个高频载波信号,该信号在随着光束传输时会被光束的相位起伏调幅,最终以远场光斑条纹抖动的方式体现出来。采用光电探测器将这一光信号转换为电信号传输给相位控制电路,相位控制电路再基于解调原理解算出光束间的相位差,并据此产生补偿信号加载到相应的相位调制器上校正各路光束的相位,最终实现激光阵列的同相位输出。单频抖动算法的原理如附图3所示(以3路为例),单频抖动算法只需要一个调制信号,并按照时分复用的方式分时加载到各路激光的相位调制器3/上,相位控制电路9/分时对各路光束的调制信号进行解调,将解调得到的相位控制信号分时加载到各路激光的相位调制器3/上。目前,这些相位控制算法和相位控制电路都存在一定的不足:(1)SPGD算法和单频抖动算法的控制带宽随着控制路数的带宽迅速下降;(2)多抖动算法需要多个抖动频率,电路调试繁琐,对相位调制器的响应频率范围要求过高;(3)现有的相位控制电路基于单块可编程芯片构成,控制路数受限,难以实现百路级大阵元相干合成系统的相位控制。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于大阵元(百路级)相干合成的相位控制方法及其控制电路,以克服现有的相位控制算法及其控制电路的上述不足。一种用于大阵元相干合成的相位控制方法,其特征在于:相位控制算法的调制信号按照如下方式构成:假设相位调制器共M×N个,对应的激光路数也是M×N路,算法共输出M组信号,第i组信号为其中HM(i,k)为M阶哈达玛矩阵的第i行第k列的数值,k=1,2,…,M,T为调制信号的周期,t为时间;(j-1)T到jT时刻,向第(i-1)×N+j路相位调制器施加调制信号yi(t),其中,i取值从1至M,j取值从1至N;并重复上述过程,直到关闭相位控制电路。本专利技术提供一种用于大阵元相干合成的相位控制电路,包括可编程芯片(1)、数模转换器(3)、控制信号调理电路(4)、模数转换器(5)和输入信号调理电路(6),其特征在于:还包括多路选择器(2)。优选的,所述多路选择器(2)为N选1多路选择器。优选的,所述多路选择器(2)为可编程逻辑芯片。优选的,所述多路选择器(2)为数据选择器芯片。进一步的,所述可编程芯片(1)的运行程序包括以下模块:地址发生模块(7)、信号发生模块(8)、信号解调模块(9)、多路选择模块(10);所述地址发生模块(7)为多路选择模块(10)和多路选择器(2)提供地址信号,每隔时间T更新一次地址,使第1路至第N路输入信号依次从输出信号输出,如此循环;所述信号发生模块(8)包括M个信号发生器,每个信号发生器输出一组周期为T但是不同的调制信号;所述信号处理模块(9)包括M组,每组有N个信号解调模块,将第i组的第j个记为9-ij,在所述多路选择模块(10)的使能信号为高电平时工作,在多路选择模块(10)的使能信号为低电平时停止工作并保持控制信号,复位其他中间参数;所述的多路选择模块(10)有M个,所述的第i个多路选择模块(10)根据地址发生模块(7)产生的地址信号,使第(j-1)*T到j*T时刻从信号解调模块9-ij输入的信号输出,同时使输入到信号解调模块9-ij的使能信号为高电平,其他信号解调模块的使能信号为低电平,如此往复循环,其中i取值从1至M,j取值从1至N。相比现有技术,本专利技术的技术效果:1、本专利技术的激光相干合成系统结构和多抖动、单频抖动算法的系统结构相同,如图1-图3所示,区别在于调制信号不同,算法的改进就在于专利技术了新的调制信号,采用正交编码单频调制,相比多抖动算法而言,无需多个频率的调试信号,简化了算法,便于硬件实现;相比于单频抖动算法而言,增加了某一时间段内施加相位调试的路数,提升了控制带宽。2、采用多路选择器2将可编程芯片1的控制信号分时第传递给不同的数模转换器3,在可编程芯片1输出引脚有限的情况下,提升了控制电路的最大控制路数,能够实现百路级的大阵元相干合成系统的相位控制。附图说明图1为现有的激光相干合成系统示意图;图2为现有的多抖动算法激光相干合成系统示意图;图3为现有的单频抖动算法激光相干合成系统示意图;图4为现有的相位控制电路结构示意图;图5为本专利技术正交编码单频抖动算法4×3路激光相干合成系统示意图;图6为本专利技术8×3路激光相干合成系统示意图图7为本专利技术相位控制电路结构示意图;图8为本专利技术相位控制电路的程序结构示意图。具体实施方式激光相干合成系统如图1所示,相位调制器共M×N个,对应的激光路数也是M×N路。相位控制算法的调制信号按照如下方式构成:正交编码单频抖动算法共输出M组信号,第i组信号按照如下方式构成:HM(i,k)为m阶哈达玛矩阵的第i行第k列的数值,k=1,2,…,M。(j-1)T到jT时刻,向第(i-1)×N+j路相位调制器施加调制信号yi(t),i取值从1至M,j取值从1至N;并重复上述过程,直到关闭相位控制电路。下面以4×3路激光相干合成系统为例说明本专利技术相位控制方法的相位控制算法中的调制信号,如图5所示:0到T本文档来自技高网
...
用于大阵元相干合成的相位控制方法及控制电路

【技术保护点】
一种用于大阵元相干合成的相位控制方法,其特征在于:相位控制算法的调制信号按照如下方式构成:假设相位调制器共M×N个,对应的激光路数也是M×N路,算法共输出M组信号,第i组信号为yi(t)=sin(2πtT)*HM(i,1),0≤t<TMsin(2πtT)*HM(i,2),TM≤t<2TM...sin(2πtT)*HM(i,M),(M-1)TM≤t<T]]>其中HM(i,k)为M阶哈达玛矩阵的第i行第k列的数值,k=1,2,…,M,T为调制信号的周期,t为时间;(j‑1)T到jT时刻,向第(i‑1)×N+j路相位调制器施加调制信号yi(t),其中,i取值从1至M,j取值从1至N;并重复上述过程,直到关闭相位控制电路。

【技术特征摘要】
1.一种用于大阵元相干合成的相位控制方法,其特征在于:相位控制算法的调制信号按照如下方式构成:假设相位调制器共M×N个,对应的激光路数也是M×N路,算法共输出M组信号,第i组信号为yi(t)=sin(2πtT)*HM(i,1),0≤t<TMsin(2πtT)*HM(i,2),TM≤t<2TM...sin(2πtT)*HM(i,M),(M-1)TM≤t<T]]>其中HM(i,k)为M阶哈达玛矩阵的第i行第k列的数值,k=1,2,…,M,T为调制信号的周期,t为时间;(j-1)T到jT时刻,向第(i-1)×N+j路相位调制器施加调制信号yi(t),其中,i取值从1至M,j取值从1至N;并重复上述过程,直到关闭相位控制电路。2.一种用于大阵元相干合成的相位控制电路,包括可编程芯片(1)、数模转换器(3)、控制信号调理电路(4)、模数转换器(5)和输入信号调理电路(6),其特征在于:还包括多路选择器(2)。3.如权利要求2所述的用于大阵元相干合成的相位控制电路,其特征在于:所述多路选择器(2)为N选1多路选择器。4.如权利要求2所述的用于大阵元相干合成的相位控制电路,其特征在于:所述多路选择器(2)为可编程逻辑芯片。5....

【专利技术属性】
技术研发人员:粟荣涛尹明杨保来王小林周朴马阎星马鹏飞司磊许晓军陈金宝刘泽金
申请(专利权)人:中国人民解放军国防科学技术大学
类型:发明
国别省市:湖南;43

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1