【技术实现步骤摘要】
本专利技术主要涉及到光纤激光相干合成，尤其是一种光纤激光相干合成相位锁定与光场调控系统及方法。
技术介绍
1、光纤激光相干合成技术被认为是获得高亮度激光输出的重要途径之一，在空间光通信、高能粒子物理、工业加工等领域具有广阔的应用前景。随着光纤激光相干合成阵元数量的不断增加，当前已有的基于优化算法的锁相技术均存在闭环控制带宽降低、无法满足锁相需求的技术瓶颈。
技术实现思路
1、本专利技术提出一种光纤激光相干合成相位锁定与光场调控系统及方法，本专利技术对阵元数量增加不敏感，在超大数量相干合成中具有良好的应用前景。
2、为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
3、本专利技术提供一种光纤激光相干合成相位锁定与光场调控系统，包括光纤激光相干合成子单元和相位锁定及光场调控子单元：
4、光纤激光相干合成子单元用于输出阵列光束，在光纤激光相干合成子单元中的各路子激光的传输光路上均设置有相位调制器、光纤放大器以及光纤准直器，所有光纤准直器按照阵列排布形成光纤准直器阵列；
5、相位锁定及光场调控子单元，包括分光镜、凸透镜、反射型掩膜板、光电探测器阵列以及信号处理器，光纤准直器阵列输出的光束经分光镜分为两部分，大部分激光功率经分光镜反射输出，作为系统输出光束，满足后续应用需求；其余小部分激光功率经分光镜透射输出到凸透镜，经凸透镜聚焦到位于凸透镜焦点处放置的反射型掩膜板，聚焦光束经反射型掩膜板反射后，再次经过凸透镜，获得阵列光束的倒像，之后经分光镜反
6、优选地，通过调节反射型掩膜板上与阵列光束远场光斑中央主瓣对应区域的相位延迟量，使反射型掩膜板上与阵列光束远场光斑中央主瓣对应区域的相位比反射型掩膜板其它区域超前或延迟π/4，使得经反射型掩膜板反射后的阵列光束远场光斑中央主瓣对应区域的相位比阵列光束其它区域超前或延迟π/2，使阵列光束中的相位分布以光强的形式反应在光电探测器阵列处。
7、另一方面，本专利技术提供一种光纤激光相干合成相位锁定与光场调控系统，包括光纤激光相干合成子单元和相位锁定及光场调控子单元：
8、光纤激光相干合成子单元用于输出阵列光束，在光纤激光相干合成子单元中的各路子激光的传输光路上均设置有相位调制器、光纤放大器以及光纤准直器，所有光纤准直器按照阵列排布形成光纤准直器阵列；
9、相位锁定及光场调控子单元，包括分光镜、第一凸透镜、透射型掩膜板、第二凸透镜、光电探测器阵列以及信号处理器，光纤准直器阵列输出的光束经分光镜分为两部分，大部分激光功率经分光镜反射输出，作为系统输出光束，满足后续应用需求；其余小部分激光功率经分光镜透射输出到第一凸透镜，经第一凸透镜聚焦到位于第一凸透镜焦点处放置的透射型掩膜板，聚焦光束经透射型掩膜板透射后，经第二凸透镜传输到光电探测器阵列，光电探测器阵列中的光电探测器数目与阵列光束中子激光的数目相同且光电探测器阵列中的光电探测器的位置与阵列光束中子激光的位置一一对应，光电探测器阵列中各光电探测器用于测量并输出对应入射的子激光的光强；光电探测器阵列将光信号转换为电信号，传输到信号处理器，信号处理器根据光电探测器阵列中各光电探测器探测到的光强数据计算出对应子激光的相位控制信号，并施加到对应的相位调制器上，实现阵列光束的相位锁定或光场调控。
10、进一步地，通过调节透射型掩膜板上与阵列光束远场光斑中央主瓣对应区域的相位延迟量，使透射型掩膜板上与阵列光束远场光斑中央主瓣对应区域的相位比透射型掩膜板其它区域超前或延迟π/2，使阵列光束中的相位分布以光强的形式反应在光电探测器阵列处。
11、进一步地，第一凸透镜通光口径大于阵列光束外接圆尺寸，第一凸透镜焦距根据以下准则进行设计：确保透射型掩膜板处的阵列光束远场干涉光斑中央主瓣尺寸大于透射型掩膜板能实现的最小单元尺寸，其中透射型掩膜板的最小单元尺寸是指可实现光束相位独立调控的最小尺寸范围，在透射型掩膜板的最小单元尺寸内，透射型掩膜板能够单独调节激光的相位超前或延后设定数值，其中所述透射型掩膜板的尺寸大于阵列光束的远场相干光斑的尺寸。
12、本专利技术对阵元数量增加不敏感，可有效解决锁相带宽随阵元数量增加而降低的问题，在超大数量相干合成中具有良好的应用前景。
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1.光纤激光相干合成相位锁定与光场调控系统，其特征在于，包括光纤激光相干合成子单元和相位锁定及光场调控子单元：
2.根据权利要求1所述的光纤激光相干合成相位锁定与光场调控系统，其特征在于，光纤激光相干合成子单元包括种子源激光器、光纤分束器、相位调制器、光纤放大器和光纤准直器阵列，所述种子源激光器输出的激光经光纤分束器分为多路子激光，所述种子源激光器采用商用单频或窄线宽保偏光纤激光器。
3.根据权利要求1所述的光纤激光相干合成相位锁定与光场调控系统，其特征在于，通过调节反射型掩膜板上与阵列光束远场光斑中央主瓣对应区域的相位延迟量，使反射型掩膜板上与阵列光束远场光斑中央主瓣对应区域的相位比反射型掩膜板其它区域超前或延迟π/4，使得经反射型掩膜板反射后的阵列光束远场光斑中央主瓣对应区域的相位比阵列光束其它区域超前或延迟π/2，使阵列光束中的相位分布以光强的形式反应在光电探测器阵列处。
4.根据权利要求3所述的光纤激光相干合成相位锁定与光场调控系统，其特征在于，凸透镜通光口径大于阵列光束外接圆尺寸，凸透镜焦距根据以下准则进行设计：确保反射型掩膜板处的阵
5.根据权利要求3或4所述的光纤激光相干合成相位锁定与光场调控系统，其特征在于，实现阵列光束的相位锁定的方法，包括：
6.根据权利要求3或4所述的光纤激光相干合成相位锁定与光场调控系统，其特征在于，实现阵列光束的光场调控的方法，包括：
7.光纤激光相干合成相位锁定与光场调控系统，其特征在于，包括光纤激光相干合成子单元和相位锁定及光场调控子单元：
8.根据权利要求7所述的光纤激光相干合成相位锁定与光场调控系统，其特征在于，通过调节透射型掩膜板上与阵列光束远场光斑中央主瓣对应区域的相位延迟量，使透射型掩膜板上与阵列光束远场光斑中央主瓣对应区域的相位比透射型掩膜板其它区域超前或延迟π/2，使阵列光束中的相位分布以光强的形式反应在光电探测器阵列处。
9.根据权利要求7所述的光纤激光相干合成相位锁定与光场调控系统，其特征在于，第一凸透镜通光口径大于阵列光束外接圆尺寸，第一凸透镜焦距根据以下准则进行设计：确保透射型掩膜板处的阵列光束远场干涉光斑中央主瓣尺寸大于透射型掩膜板能实现的最小单元尺寸，其中透射型掩膜板的最小单元尺寸是指可实现光束相位独立调控的最小尺寸范围，在透射型掩膜板的最小单元尺寸内，透射型掩膜板能够单独调节激光的相位超前或延后设定数值，其中所述透射型掩膜板的尺寸大于阵列光束的远场相干光斑的尺寸。
10.根据权利要求8或9所述的光纤激光相干合成相位锁定与光场调控系统，其特征在于，实现阵列光束的相位锁定的方法，包括：
...【技术特征摘要】
1.光纤激光相干合成相位锁定与光场调控系统，其特征在于，包括光纤激光相干合成子单元和相位锁定及光场调控子单元：
2.根据权利要求1所述的光纤激光相干合成相位锁定与光场调控系统，其特征在于，光纤激光相干合成子单元包括种子源激光器、光纤分束器、相位调制器、光纤放大器和光纤准直器阵列，所述种子源激光器输出的激光经光纤分束器分为多路子激光，所述种子源激光器采用商用单频或窄线宽保偏光纤激光器。
3.根据权利要求1所述的光纤激光相干合成相位锁定与光场调控系统，其特征在于，通过调节反射型掩膜板上与阵列光束远场光斑中央主瓣对应区域的相位延迟量，使反射型掩膜板上与阵列光束远场光斑中央主瓣对应区域的相位比反射型掩膜板其它区域超前或延迟π/4，使得经反射型掩膜板反射后的阵列光束远场光斑中央主瓣对应区域的相位比阵列光束其它区域超前或延迟π/2，使阵列光束中的相位分布以光强的形式反应在光电探测器阵列处。
4.根据权利要求3所述的光纤激光相干合成相位锁定与光场调控系统，其特征在于，凸透镜通光口径大于阵列光束外接圆尺寸，凸透镜焦距根据以下准则进行设计：确保反射型掩膜板处的阵列光束远场干涉光斑中央主瓣尺寸大于反射型掩膜板能实现的最小单元尺寸，其中反射型掩膜板的最小单元尺寸是指可实现光束相位独立调控的最小尺寸范围，在反射型掩膜板的最小单元尺寸内，反射型掩膜板能够单独调节激光的相位超前或延后设定数值，其中所述反射型掩膜板的尺寸大于阵列光束的远场相干光斑的尺寸。
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【专利技术属性】
技术研发人员：马阎星，熊明轩，司磊，周朴，粟荣涛，韩凯，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：
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