[發明專利]一種基于光纖的分布式自適應光學系統

有效

• 申請號: 201410273318.7
• 申請日: 2014-06-19
• 公開（公告）號: CN104037606B
• 公開（公告）日: 2017-04-12
• 發明（設計）人: 耿超;李楓;李新陽;羅文;劉紅梅
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電技術研究所
• 主分類號: H01S3/10
• 分類號: H01S3/10;H01S3/067
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司11251
• 代理人: 楊學明,顧煒

1.一種基于光纖的分布式自適應光學系統，其特征在于包括：發射激光器(1)、光纖分束器(2)、光纖相位調制器組(3)、光纖激光放大器組(4)、光電探測器組(5)、三端口光纖環形器組(6)、自適應光纖準直和耦合器(7)陣列、集成裝置(8)、多通道高壓放大器(9)、波前控制器(10)以及信標光源(11)、分光鏡(12)和遠場目標(13)，其中，波前控制器(10)包括了耦合效率優化模塊(10-1)、波前復原模塊(10-2)和活塞相位控制模塊(10-3)；發射激光器(1)發射激光，經光纖分束器(2)分為多路，各路子光束分別經光纖相位調制器組(3)、光纖激光放大器組(4)、三端口光纖環形器組(6)以及自適應光纖準直和耦合器(7)陣列后準直輸出，經大氣通道后再經過分光鏡(12)發射至遠場目標(13)；自適應光纖準直和耦合器(7)陣列固定于集成裝置(8)上；信標光源(11)發射信標光，經分光鏡(12)后再經過大氣通道傳輸至自適應光纖準直和耦合器(7)陣列的接收口徑；自適應光纖準直和耦合器(7)陣列、光電探測器組(5)、多通道高壓放大器(9)以及耦合效率優化模塊(10-1)和波前復原模塊(10-2)組成的子系統構成波前傳感器，分割入射信標光束，探測子孔徑斜率并復原出整體波前；活塞相位控制模塊(10-3)及傾斜相位控制模塊(10-1)分別作為控制核心，光纖相位調制器組(3)和自適應光纖準直和耦合器(7)陣列構成波前校正的執行器件，各自校正發射子光束的活塞和傾斜相位差，其中，發射激光的各子光束的傾斜控制與信標光的耦合效率優化控制合并執行；耦合效率優化模塊(10-1)亦為傾斜相位控制模塊。

2.根據權利要求1所述的一種基于光纖的分布式自適應光學系統，其特征在于：所述耦合效率優化模塊(10-1)接收光電探測器組(5)的電信號，采用優化控制算法產生輸出控制電壓，經多通道高壓放大器(9)后作用于自適應光纖準直和耦合器(7)陣列，實現信標光到光纖的自適應最優效率耦合，同時完成子孔徑內傾斜像差的校正，根據光路的可逆性，輸出子光束的傾斜相位差亦被校正，其中，輸出控制電壓同時還作為波前復原模塊(10-2)的輸入信息；波前復原模塊(10-2)根據耦合效率優化模塊(10-1)提供的輸入信息計算子孔徑斜率并復原波前；活塞相位控制模塊(10-3)根據重構波前得到每個子孔徑區域的平均活塞相位差。

3.根據權利要求1所述的一種基于光纖的分布式自適應光學系統，其特征在于：所述發射激光器(1)可為光纖激光器、半導體激光器、固體激光器或其他激光器，且應為單頻、單模激光光源。

4.根據權利要求1所述的一種基于光纖的分布式自適應光學系統，其特征在于：所述光纖相位調制器組(3)可為鈮酸鋰相位調制器、壓電陶瓷環光纖相位調制器或其他相位調制器，也可在系統的出射光路徑上放置分塊反射鏡來實現陣列光束的活塞相位調節。

5.根據權利要求1所述的一種基于光纖的分布式自適應光學系統，其特征在于：所述光纖激光放大器組(4)可置于光纖相位調制器組(3)前，也可置于光纖相位調制器組(3)之后。

6.根據權利要求1所述的一種基于光纖的分布式自適應光學系統，其特征在于：所述光電探測器組(5)可為光電二極管、光電三極管、雪崩光電二極管、光電倍增管或其他光電探測器，光電探測器的工作波長范圍應覆蓋信標激光束的光波長。

7.根據權利要求1所述的一種基于光纖的分布式自適應光學系統，其特征在于：所述集成裝置(8)實現自適應光纖準直和耦合器(7)陣列的密集排布，排布方式可以為三角形、方形、六角形、圓形、環形或其他排布方式；同時，可通過增加自適應光纖準直和耦合器(7)的數量來增大整體發射和接收口徑。

8.根據權利要求1所述的一種基于光纖的分布式自適應光學系統，其特征在于：所述集成裝置(8)具備對陣列光束整體出射方向粗調整的功能，自適應光纖準直和耦合器(7)自身具備對陣列光束光軸的精密調節功能。

9.根據權利要求1所述的一種基于光纖的分布式自適應光學系統，其特征在于：所述波前控制器(10)的耦合效率優化模塊(10-1)的控制算法可采用隨機并行梯度下降算法、爬山法等盲優化控制算法或其他優化控制算法。