激光阵列的活塞相位控制装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开一种激光阵列的活塞相位控制装置，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 Device of Laser Array

【技术实现步骤摘要】
激光阵列的活塞相位控制装置
本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。优选地，所述激光放大器阵列安装于第一支撑板上，所述分束光栅阵列安装于第二支撑板上，所述合束光栅阵列安装于第三支撑板上，所述光电探测器阵列安装于第四支撑板上；所述第一支撑板、第二支撑板、第三支撑板、第四支撑板均平行；所述激光放大器、光栅分束器、光栅合束器、光电探测器呈行线阵列或面阵列。优选地，所述激光放大器在所述第一支撑板上按照预设的交叉线形路径形成阵列；所述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，所述平行线形路径和贯穿线形路径均包括直线形或曲线形中至少一种；所述光栅分束器在垂直于入射激光阵列的平面上与所述激光放大器位置重合；所述光栅合束器在垂直于入射激光阵列的平面上位于所述平行线形路径上及贯穿线形路径上相邻两激光放大器之间；所述光电探测器在垂直于入射激光阵列的平面上与所述光栅合束器位置重合；所述相位控制电路，用于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，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；重复进而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；按照贯穿线形路径的一端向另一端依次所有入射激光锁定在同一相位。优选地，所述激光放大器在所述第一支撑板上按照预设的星形路径阵列；所述星形路径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；所述激光放大器分别布置在中心点和边缘点上；所述光栅分束器在垂直于入射激光阵列的平面上与所述激光放大器位置重合；所述光栅合束器在垂直于入射激光阵列的平面上位于每个所述阵列单元的中心位置；所述光电探测器在垂直于入射激光阵列的平面上与所述光栅合束器位置重合；所述相位控制电路，用于分别将相邻的W个阵列单元中的激光相位锁定在共用的基准激光放大器的出射激光相位上。优选地，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；所述光栅合束器还包括阵列在垂直于入射激光阵列的平面上每个位于中心的最小单元的边缘点与位于B个边缘的最小单位的一个相邻的边缘点之间的位置；所述相位控制电路，还用于将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；分别将W个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。本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基准激光放大器的出射激光的相位锁定，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。

【技术特征摘要】
1.一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基准激光放大器的出射激光的相位锁定，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。2.如权利要求1所述的激光阵列的活塞相位控制装置，其特征在于，所述激光放大器阵列安装于第一支撑板上，所述分束光栅阵列安装于第二支撑板上，所述合束光栅阵列安装于第三支撑板上，所述光电探测器阵列安装于第四支撑板上；所述第一支撑板、第二支撑板、第三支撑板、第四支撑板均平行；所述激光放大器、光栅分束器、光栅合束器、光电探测器呈行线阵列或面阵列。3.如权利要求2所述的激光阵列的活塞相位控制装置，其特征在于，所述激光放大器在所述第一支撑板上按照预设的交叉线形路径形成阵列；所述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，所述平行线形路径和贯穿线形路径均包括直线形或曲线形中至少一种；所述光栅分束器在垂直于入射激光阵列的平面上与所述激光放大器位置重合；所述光栅合束器在垂直于入射激光阵列的平面上位于所述平行线形路径上及...

【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：新型
国别省市：湖南,43