激光阵列的活塞相位控制方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种激光阵列的活塞相位控制方法及装置，该方法包括：将入射的激光阵列中每路入射激光分成两束以上衍射激光，每束衍射激光与入射激光呈锐角，且衍射激光在垂直于入射激光的平面上的投影以入射激光的投影以圆心沿径向呈辐射状均布；将位于同一阵列单元中A路入射激光分束后的衍射激光中A束合束后进行相位解析，以将A路入射激光与共用的入射激光的相位锁定，其中A为大于或等于2的整数；按照预设路径依次将所有入射激光锁定在同一相位。解决现有技术中相位控制带宽随着激光阵列数目增加而迅速下降，影响相干合成系统激光路数扩展问题，减小上述影响，并提高相干合成系统的激光路数扩展能力，提高相干合成系统功率和亮度等参数。

Piston Phase Control Method and Device of Laser Array

The invention discloses a piston phase control method and device of a laser array. The method includes: dividing each incident laser in an incident laser array into two or more diffraction lasers, each of which has an acute angle with the incident laser, and the projection of the diffraction laser on the plane perpendicular to the incident laser is radially uniform along the center of the circle; In an array unit, the phase of A-beam in a diffraction laser after splitting of A-beam incident laser is analyzed to lock the phase of A-beam and common incident laser, where A is an integer greater than or equal to 2, and all incident lasers are locked in the same phase in turn according to the preset path. To solve the problem that the phase control bandwidth in the existing technology decreases rapidly with the increase of the number of laser arrays, which affects the laser path expansion of coherent synthesis system, to reduce the above-mentioned influence, and to improve the laser path expansion ability of coherent synthesis system, to improve the power and brightness of coherent synthesis system and other parameters.

【技术实现步骤摘要】
激光阵列的活塞相位控制方法及装置
本专利技术涉及激光相干合成
，具体是一种激光阵列的活塞相位控制方法及装置，实现活塞相位锁定。
技术介绍
单路激光的输出功率受限于热效应、非线性效应、泵浦功率和光学损伤等物理现象，仅依靠单路激光以达到较高的输出功率。利用多路激光构建激光阵列，并进行相干合成，是实现高功率、高亮度激光系统的重要方法。基于主动相位控制的主振荡功率放大器(英文名称为MasterOscillatorPowerAmplifier，简称MOPA)，该放大器结构普遍采用一种激光相干合成系统。该系统结构如图1所示，主要包含种子激光1’、激光分束器2’、多个相位调制器3’、多个激光放大器4’、多个激光准直器5’、激光合束器6’、分光镜7’、相位探测模块8’和相位控制模块9’。种子激光1’发射的激光经激光分束器2’进行分束后，各束激光分别进入相位调制器3’。各相位调制器3’分别与各对应的激光放大器4’光路连接。各激光放大器4’分别与激光准直器5’光路连接。各激光准直器5’出射的激光均入射激光合束器6’。低功率激光从激光合束器6’离开后，经分光镜7’分光后携带光学信息的占总功率<1％的激光进入相位探测模块8’。相位探测模块8’探测得到激光信号后，反馈至相位控制模块9’。相位控制模块9’与各相位调制器3’控制连接。为了消除该MOPA系统中激光放大器等部件引入的相位噪声，需要利用相位探测模块8’对各路激光的相位噪声进行测量，再通过相位控制模块9’对各路激光的相位噪声进行控制，从而实现激光阵列的同相位输出。对于图1所示的系统，目前常用的相位探测控制方法包括：第一类是间接探测相位控制方法，该方法利用光电探测器探测合成主光束的光强起伏，再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，从而实现激光阵列的同相输出。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和抖动算法。第二类是直接探测相位控制方法，该方法通过直接探测各路激光的相位差并进行相位补偿控制。目前报道的方法主要有外差干涉法和剪切干涉仪探测法。间接探测相位控制方法具有结构简单的特点，但是相位控制带宽随着激光阵列数目的增加而迅速下降，影响了相干合成系统的激光路数扩展能力。直接探测相位控制方法可以有效控制带宽高，但是其系统较为复杂、技术难度较大，例如，外差干涉法中的参考光需要进行扩束和准直调节；剪切干涉仪探测等方法需要利用相机进行光斑探测，并从光斑的干涉条纹中提取活塞相位信息，相机数据的读取和处理所需时间较长，影响了控制带宽。
技术实现思路
本专利技术提供一种激光阵列的活塞相位控制方法及装置，用于克服现有技术中间接探测相位控制过程中因带宽随着激光阵列数目的增加而迅速下降影响相干合成系统的扩展性能等缺陷，通过探测每一路激光与相邻激光之间的相位差信息，对激光相位进行控制，实现激光阵列的同相位输出，减小相位控制过程中带宽由于激光阵列数目而受到的影响，并提高相干合成系统的激光路数扩展能力，提高相干合成系统功率和亮度等参数。为实现上述目的，本专利技术提供一种激光阵列的活塞相位控制方法，入射的激光阵列由若干阵列单元按照预设路径布置形成，相邻的两个以上的阵列单元包含至少一路共用的入射激光包括：步骤1，将入射的激光阵列中每路入射激光分成两束以上的衍射激光，每束所述衍射激光与所述入射激光呈锐角，且所述衍射激光在垂直于所述入射激光的平面上的投影以所述入射激光的投影以圆心沿径向呈辐射状均布；步骤2，将位于同一阵列单元中A路入射激光分束后的衍射激光中A束合束后进行相位解析，以将A路入射激光与共用的所述入射激光的相位锁定，其中A为大于或等于2的整数；步骤3，按照预设路径依次将所有的入射激光锁定在同一相位。为实现上述目的，本专利技术还提供一种激光阵列的活塞相位控制装置，包括：激光放大器阵列，用于提供入射激光，由若干激光放大器阵列单元按照预设路径布置而成，相邻的两个以上的阵列单元包含至少一个共用的激光放大器；分束光栅阵列，每个光栅分束器用于接收一路入射激光，并将接收的入射激光进行分束形成两束以上衍射激光，每束所述衍射激光与所述入射激光呈锐角，且所述衍射激光在垂直于所述入射激光的平面上的投影以所述入射激光的投影以圆心沿径向呈辐射状均布；合束光栅阵列，每个光栅合束器用于将至少两路衍射激光合束，该至少两衍射激光分别来自于同一阵列单元中A路不同的入射激光；其中A为大于或等于2的整数；光电探测器阵列，用于接收合束的激光，并按照合束激光的路数产生探测信号；相位控制电路，接收所述探测信号，按照阵列单元产生的A路激光生成活塞相差信号；并根据所述活塞相差信号生成控制信号输入与A路激光对应的激光放大器，以将A路入射激光与共用的入射激光的相位锁定，按照预设路径依次使所有的激光放大器输出的入射激光相位相同。本专利技术提供的激光阵列的活塞相位控制方法及装置，通过按照规定的路径对由激光放大器形成的最小的阵列单元，对激光阵列进行布置，再通过光栅分束器对每路入射激光按照特定的方向进行分束形成衍射激光，使得光栅合束器能够最大效率的对相邻的衍射激光进行合束，光电探测器通过合束激光的光强起伏就反映了相邻的阵列激光之间的相位差信息，通过光电探测器将光强信息转化为电信号，作为相位控制电路的反馈信号，相控控制电路根据反馈信号生成控制信号并输入激光放大器，将相邻的激光的相位控制到同相状态，相对于现有技术，一方面能减小相位控制过程中带宽由于激光阵列数目而受到的影响，并提高相干合成系统的激光路数扩展能力，提高相干合成系统功率和亮度等参数；另一方面通过紧凑的阵列布局结构，缩小了相位控制装置的占用空间。附图说明为了更清楚地说明本专利技术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专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。图1为现有技术中基于主动相位控制的主振荡功率放大器的结构示意框图；图2为本专利技术实施例提供的激光阵列的活塞相位控制方法的流程图；图3为本专利技术实施例提供的激光阵列的活塞相位控制的基于透射式光栅的相位控制系统原理图；图4为本专利技术实施例提供的激光阵列的活塞相位控制的基于反射式光栅的相位控制系统原理图；图5为本专利技术实施例一提供的方形激光阵列的活塞相位控制装置的立体结构示意图；图6为本专利技术实施例二提供的六边形激光阵列的活塞相位控制装置的立体结构示意图；图7为图5中分束光栅阵列的安装位置结构示意图；图8a为图7中一部分分束光栅衍射的主视图；图8b为图8a的右视图；图9a为图7中另一部分分束光栅衍射的主视图；图9b为图9a的右视图；图10为图5中合束光栅阵列的安装位置结构示意图；图11a为图10中一部分合束光栅合射的主视图；图11b为图11a的右视图；图12a为图10中另一部分合束光栅合射的主视图；图12b为图12a的右视图；图13图5中光电探测器阵列的安装位置结构视图；图14为实施例一的各光束在支撑板平面上的投影示意图；图15为图6中分束光栅阵列的安装位置结构示意图；图16a为图15中分分束光栅衍射的主视图；图16b为图16a的右视图；图17为图6中合束光栅阵列的安装位置结构本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光阵列的活塞相位控制方法，其特征在于，入射的激光阵列由若干阵列单元按照预设路径布置形成，相邻的两个以上的阵列单元包含至少一路共用的入射激光，包括：步骤1，将入射的激光阵列中每路入射激光分成两束以上的衍射激光，每束所述衍射激光与所述入射激光呈锐角，且所述衍射激光在垂直于所述入射激光的平面上的投影以所述入射激光的投影以圆心沿径向呈辐射状均布；步骤2，将位于同一阵列单元中A路入射激光分束后的衍射激光中A束合束后进行相位解析，以将A路入射激光与共用的所述入射激光的相位锁定，其中A为大于或等于2的整数；步骤3，按照预设路径依次将所有的入射激光锁定在同一相位。

【技术特征摘要】
1.一种激光阵列的活塞相位控制方法，其特征在于，入射的激光阵列由若干阵列单元按照预设路径布置形成，相邻的两个以上的阵列单元包含至少一路共用的入射激光，包括：步骤1，将入射的激光阵列中每路入射激光分成两束以上的衍射激光，每束所述衍射激光与所述入射激光呈锐角，且所述衍射激光在垂直于所述入射激光的平面上的投影以所述入射激光的投影以圆心沿径向呈辐射状均布；步骤2，将位于同一阵列单元中A路入射激光分束后的衍射激光中A束合束后进行相位解析，以将A路入射激光与共用的所述入射激光的相位锁定，其中A为大于或等于2的整数；步骤3，按照预设路径依次将所有的入射激光锁定在同一相位。2.如权利要求1所述的激光阵列的活塞相位控制方法，其特征在于，所述预设路径包括线形路径，线形路径包括直线形、曲线形中至少一种；所述步骤3包括：按照线形路径的一端向另一端依次执行步骤2。3.如权利要求2所述的激光阵列的活塞相位控制方法，其特征在于，所述预设路径包括交叉线形路径，交叉线形路径包括多条平行线形路径和至少一条与所有平行线形路径均交叉的贯穿线形路径；所述步骤3包括：步骤31a，从其中一条平行线形路径的两端开始，按照该平行线形路径依次向该平行线形路径与贯穿线形路径交叉的位置执行步骤2，将位于该平行线形路径上的所有入射激光锁定在与贯穿线形路径交叉的入射激光相位上；步骤32a，重复步骤31a，将所有的平行线形路径上的所有入射激光锁定在各自与贯穿线形路径交叉的入射激光相位上；步骤33a，按照贯穿线形路径的一端向另一端依次执行步骤2。4.如权利要求1所述的激光阵列的活塞相位控制方法，其特征在于，所述预设路径包括星形路径，星形的最小单元包括以中心点为圆心沿径向呈辐射状延伸至同一圆上的B个边缘点；B为(A-1)的W倍，W为正整数，每相邻的(A-1)个边缘点和中心点构成一个所述阵列单元；所述步骤3包括：步骤31b，W次执行步骤2，分别将相邻的阵列单元中的激光相位锁定在共用的所述入射激光相位上。5.如权利要求4所述的激光阵列的活塞相位控制方法，其特征在于，所述星形路径还包括：将所述最小单元分别作为中心点和边缘点形成的星形结构，其中位于中心的最小单元的B个边缘点分别与位于B个边缘的最小单位的一个边缘点相邻；所述步骤3还包括：步骤32b，将B个位于中心的最小单元的边缘点分别与位于B个边缘的最小单位的一个相邻的边缘点的入射激光锁定；步骤33b，W次执行步骤2，分别将位于中心的最小单元中的边缘点入射激光相位锁定在中心点入射激光相位上。6.一种激光阵列的活塞相位控制装置，其特征在于，包括：激光放大器阵列，用于提供入射激光，由若干激光放大器器阵列单元按照预设路径布置而成，相邻的两个以上的阵列单元包含至少一个共用的基准激光放大器；分束光栅阵列，每个光栅分束器用于接收一路入射激光，并将接收的入射激光进行分束形成两束以上衍射激光，每束所述衍射激光与所述入射激光呈锐角，且所述衍射激光在垂直于所述入射激光的平面上的投影以所述入射激光的投影以圆心沿径向呈辐射状均布；合束光栅阵列，每个光栅合束器用于将至少两路衍射激光合束，该至少两衍射激光分别来自于同一阵列单元中A路不同的入射激光；其中A为大于或等于2的整数；光电探测器阵列，用于接收...

【专利技术属性】
技术研发人员：粟荣涛，马阎星，周朴，常洪祥，常琦，吴坚，马鹏飞，姜曼，王小林，司磊，许晓军，陈金宝，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43