光纤激光相干合成系统技术方案

本发明专利技术提供了一种光纤激光相干合成系统，该系统包括：调制器模块，用于根据相互正交独立的伪随机序列对子光束进行相位调制并根据设定频率对参考光束移频；光纤激光放大器模块，用于对调制后的子光束功率放大；激光准直发射模块，用于将子光束和参考光束准直输出；合成采样模块，用于将准直输出的各子光束与参考光束合成并转换为电信号；数字相位调制解调模块，用于根据参考光束的移频频率和各伪随机序列对电信号进行解调，得到各路子光束与参考光束的相位差；调制器模块还用于根据相位差对子光束进行相位补偿。通过上述方案能够解决在光纤激光相干合成过程中由于子光束数量增加而导致探测器和解调电路过多，进而导致合成效果不佳的问题。

Fiber laser coherent synthesis system

【技术实现步骤摘要】
光纤激光相干合成系统
本专利技术属于激光
，尤其涉及一种光纤激光相干合成系统。
技术介绍
大功率光纤激光器具有功率密度高、光束质量好、热管理方便、结构紧凑等优点，近年来获得了飞速发展。与传统的固体和化学激光器相比，光纤激光器结构简单，具有易于制造和维护等优势，使其在远程焊接、三维切割等工业领域得到了广泛的应用，并在国防及现代高新
也有着良好的应用潜力。然而，受限于光纤本身的热效应、非线性效应、泵浦技术、模式不稳定等因素，单路光纤激光器输出功率存在极限。现有技术中，通过多光路主动锁相相干合成技术，在克服单路光纤激光器输出功率极限的基础上，能够实现更高功率的激光输出。主动锁相相干合成技术多采用外差法随机并行梯度下降法、频域多抖动法。其中，外差法在子光束增多时，需要设置与子光束路数相同的探测器和解调电路，以实现对各路子光束的相位差的检出和补偿，整个系统设备数量以及连接复杂度极具增加，难以调节。同时，通过多个探测器和解调电路检出的各路子光束的相位差，由于各探测器和解调电路的硬件差异，也会导致检出的相位差并不准确，无法通过相位补偿进行协调，使各路子光束无法相干合成或者效果不佳。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种光纤激光相干合成系统，以解决在光纤激光相干合成过程中由于子光束数量增加而导致探测器和解调电路过多，进而导致合成效果不佳的问题。本专利技术解决技术问题的方案是：一方面，提供一种光纤激光相干合成系统，包括：调制器模块，用于接收从一路光束分出的多路子光束和一路参考光束，根据伪随机序列对相应路的所述子光束进行相位调制，并根据设定频率对所述参考光束进行移频；其中，每所述路子光束对应一个所述伪随机序列，且各所述伪随机序列两两相互正交独立，且各伪随机序列的第2m项与第2m-1项取值不同，m为正整数；光纤激光放大器模块，用于对相位调制后的所述多路子光束进行功率放大；激光准直发射模块，用于将移频后的所述参考光束和功率放大后的各路所述子光束进行准直输出；合成采样模块，用于对准直输出的所有所述子光束和所述参考光束进行相干合成，并将相干合成得到的信号光转换为电信号；数字相位调制解调模块，用于接收所述电信号，根据所述设定频率和各所述伪随机序列对所述电信号进行相位解调，得到各路所述子光束与所述参考光束的相位差，并输出相位补偿控制信号；所述调制器模块，还用于根据所述相位补偿控制信号对各路所述子光束进行相位补偿并锁定，以使所有路所述子光束在所述合成采样模块中相干合成时发生相干增强。在一些实施例中，所述调制器模块包括：信号源，用于产生设定频率的调制信号；声光调制器，用于根据所述调制信号对所述参考光束进行移频；多个相位调制器，用于根据各所述伪随机序列对相应路的所述子光束进行相位调制，以及根据所述相位补偿控制信号对各路所述子光束进行相位锁定。在一些实施例中，所述相位调制器为电光相位调制器或声光相位调制器。在一些实施例中，所述数字相位解调模块，还包括：FPGA数字控制电路，用于生成各所述伪随机序列，并将各所述伪随机序列输出至所述调制器模块。在一些实施例中，所述光纤激光放大器模块，包括：多个光纤激光放大器；每个所述光纤激光放大器对相位调制后的一路所述子光束进行功率放大。在一些实施例中，所述合成采样模块，包括：分光镜，用于接收准直输出的所有所述子光束和所述参考光束，并将所述子光束分出一路与所述参考光束进行干涉合成；采样聚焦镜，设置在分光镜一侧，用于聚焦干涉合成的光束；衰减组件，用于将聚焦后光束的功率衰减至光电探测器的探测阈值以下；所述光电探测器，用于将功率衰减后的光束转换为电信号。在一些实施例中，所述分光镜，还用于从准直输出的所有所述子光束分出另一路，用于激光功率检测。在一些实施例中，所述激光准直发射模块，包括：准直器，用于对功率放大后的各路所述子光束进行准直输出；光纤端帽，用于对移频后的所述参考光束进行准直输出。在一些实施例中，所述系统还包括：激光种子源模块；所述激光种子源模块，包括：激光种子源，用于产生激光光束；光纤分束器，用于将所述激光光束分成所述多路子光束和一路所述参考光束。在一些实施例中，所述数字相位调制解调模块，用于根据所述设定频率滤除所述电信号中的参考光束的移频信号，将滤除移频信号后的所述电信号与每路子光束对应的伪随机序列相乘，将每路子光束对应的相乘结果在对应的伪随机序列的一个周期内求和，对各路子光束对应的求和结果进行归一化，得到相应路子光束与所述参考光束的相位差余弦值；对每路子光束与所述参考光束的相位差余弦值计算反余弦，得到相应路子光束与所述参考光束的相位差。本专利技术的光纤激光相干合成系统，通过调制器模块利用相互正交独立且相位差相同的多个伪随机序列分别对各路子光束进行调制，将光电探测器获取的所述电信号分别乘以各路子光束对应的伪随机序列后进行解调，能够一次检出各路子光束与参考光束的相位差，克服了外差法中需要对各路子光束分别检出缺点，解决了外差法在对多路子光束进行相干合成时，光电探测器和解调电路过于庞杂的问题。同时，避免了多路检出时，因各路检测设备精度差异导致的各相位差计算标准不一致，实现了对各路子光束更精确地相位补偿，提高了相干合成的效果。附图说明参照下面结合附图对本专利技术实施例的说明，会更加容易地理解本专利技术的以上和其它目的、特点和优点。附图中的部件不是成比例绘制的，而只是为了示出本专利技术的原理。为了便于示出和描述本专利技术的一些部分，附图中对应部分可能被放大，即，使其相对于在依据本专利技术实际制造的示例性装置中的其它部件变得更大。在附图中，相同的或对应的技术特征或部件将采用相同或对应的附图标记来表示。图1为本专利技术一实施例所述光纤激光相干合成系统结构示意图；图2为本专利技术另一实施例所述光纤激光相干合成系统结构示意图；图3为本专利技术一实施例所述光纤激光相干合成方法的流程示意图。具体实施方式下面参照附图来说明本专利技术的实施方式。在所述的说明和附图中，详细公开了本专利技术的特定实施方式，指明了本专利技术的原理可以被采用的方式。应该理解，本专利技术在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本专利技术包括许多改变、修改和等同。应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本专利技术无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、要素、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、要素、步骤或组件的存在或附加。现有技术中，激光在远程焊接、三维切割等工业领域有着广泛的应用，在国防及现代高新
也有着良好的应用潜力。在实际使用过程中，部分场景下要求激光能本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光纤激光相干合成系统，其特征在于，包括：/n调制器模块，用于接收从一路光束分出的多路子光束和一路参考光束，根据伪随机序列对相应路的所述子光束进行相位调制，并根据设定频率对所述参考光束进行移频；其中，每所述路子光束对应一个所述伪随机序列，且各所述伪随机序列两两相互正交独立，且各伪随机序列的第2m项与第2m-1项取值不同，m为正整数；/n光纤激光放大器模块，用于对相位调制后的所述多路子光束进行功率放大；/n激光准直发射模块，用于将移频后的所述参考光束和功率放大后的各路所述子光束进行准直输出；/n合成采样模块，用于对准直输出的所有所述子光束和所述参考光束进行相干合成，并将相干合成得到的信号光转换为电信号；/n数字相位调制解调模块，用于接收所述电信号，根据所述设定频率和各所述伪随机序列对所述电信号进行相位解调，得到各路所述子光束与所述参考光束的相位差，并输出相位补偿控制信号；/n所述调制器模块，还用于根据所述相位补偿控制信号对各路所述子光束进行相位补偿并锁定，以使所有路所述子光束在所述合成采样模块中相干合成时发生相干增强。/n

【技术特征摘要】
1.一种光纤激光相干合成系统，其特征在于，包括：
调制器模块，用于接收从一路光束分出的多路子光束和一路参考光束，根据伪随机序列对相应路的所述子光束进行相位调制，并根据设定频率对所述参考光束进行移频；其中，每所述路子光束对应一个所述伪随机序列，且各所述伪随机序列两两相互正交独立，且各伪随机序列的第2m项与第2m-1项取值不同，m为正整数；
光纤激光放大器模块，用于对相位调制后的所述多路子光束进行功率放大；
激光准直发射模块，用于将移频后的所述参考光束和功率放大后的各路所述子光束进行准直输出；
合成采样模块，用于对准直输出的所有所述子光束和所述参考光束进行相干合成，并将相干合成得到的信号光转换为电信号；
数字相位调制解调模块，用于接收所述电信号，根据所述设定频率和各所述伪随机序列对所述电信号进行相位解调，得到各路所述子光束与所述参考光束的相位差，并输出相位补偿控制信号；
所述调制器模块，还用于根据所述相位补偿控制信号对各路所述子光束进行相位补偿并锁定，以使所有路所述子光束在所述合成采样模块中相干合成时发生相干增强。


2.根据权利要求1所述的光纤激光相干合成系统，其特征在于，所述调制器模块包括：
信号源，用于产生设定频率的调制信号；
声光调制器，用于根据所述调制信号对所述参考光束进行移频；
多个相位调制器，用于根据各所述伪随机序列对相应路的所述子光束进行相位调制，以及根据所述相位补偿控制信号对各路所述子光束进行相位锁定。


3.根据权利要求2所述的光纤激光相干合成系统，其特征在于，所述相位调制器为电光相位调制器或声光相位调制器。


4.根据权利要求1所述的光纤激光相干合成系统，其特征在于，所述数字相位解调模块，还包括：FPGA数字控制电路，用于生成各所述伪随机序列，并将各所述伪随机序列输出至所述调制器模块。


5.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨振，史俊锋，李晔，孙鑫鹏，徐林，李朝阳，李青松，
申请(专利权)人：中国兵器装备研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11