[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

技術領域

本發明涉及一種基于光纖激光及光纖器件的分布式自適應光學系統，屬于光學工程技術領域。在激光大氣傳輸、自由空間激光通信、激光雷達等領域有著重要的應用前景。

背景技術

自適應光學技術可用于改善成像光學系統的成像分辨率及激光傳輸系統的光束質量，在天文觀測、激光大氣傳輸、無線激光通信等應用系統中都有成功提升系統性能的例子。傳統的自適應光學系統，通常由波前傳感器、波前控制器及波前校正器組成，利用波前傳感器探測波前斜率或曲率信息，波前控制器根據探測到的波前信息經由一定的算法復原出整體波前，并依據復原波前，控制諸如變形鏡、傾斜鏡等波前校正器對畸變波前進行實時的相位補償以獲取理想波前。

隨著光纖技術的發展，利用光纖激光陣列的相干合成來獲取高功率密度、高光束質量的激光束成為可能。而要在實際大氣湍流下實現這種高質量激光束的傳輸，不可避免地要采用自適應光學技術。如果直接將傳統的自適應光學系統與光纖激光陣列發射系統相結合，則系統的體積、重量和復雜度都會大大增加，且無法發揮光纖器件輕便、靈活、工作帶寬高等特點，限制了光纖激光陣列自身的優勢。當前，在基于主振蕩-功率放大結構的主動式相干合成系統中，有采用無波前傳感器的優化控制方法對大氣湍流進行校正的報道，但隨著合成單元數目的增多，優化控制的收斂速率變慢，控制帶寬受限。

基于主振蕩-功率放大結構的相干合成系統本身具有分布式的特點，因此，可以結合其自身的結構特點，在新架構下尋求自適應光學技術與光纖激光陣列技術的結合。以下技術的出現及發展為在光纖激光陣列中實現基于新架構的自適應光學系統提供了契機：在2005年和2011年，美國陸軍研究實驗室的L.Beresnev等人(L.Beresnev?and?M.Vorontsov,“Design?of?adaptive?fiber?optics?collimator?for?free-space?communication?laser?transceiver,”Proc.SPIE5895,58950R(2005))和中國科學院光電技術研究所的耿超等人(C.Geng,X.Li,et?al.,“Coherent?beam?combination?of?an?optical?array?using?adaptive?fiber?optics?collimators,”Optics?Communications284,5531-5536(2011))分別獨立研制了一種叫做自適應光纖準直器(Adaptive?fiber-optics?collimator，AFOC)的器件，該器件可以在小角度范圍內自適應地精確控制出射準直光束的偏轉角度，同時，他們還搭建了基于自適應光纖準直器陣列的光纖激光發射系統。2013年，耿超等人提出了名稱為“一種激光束雙向收發的自適應光纖耦合或準直器控制系統”(申請號2013101612227)的發明專利，并實現了空間激光到光纖的高效自適應耦合(W.Luo,C.Geng,et?al.,“Experimental?demonstration?of?single-mode?fiber?coupling?using?adaptive?fiber?coupler,”Chinese?Physics?B23,014207(2014))。

本發明將光纖光學技術與自適應光學技術相結合，提出了一種基于光纖的分布式自適應光學系統。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：克服傳統自適應光學系統應用于光纖激光陣列相干合成系統上的不足，克服采用無波前傳感器優化控制方法校正大氣湍流影響時控制帶寬受限的問題，提出一種可以實時探測波前信息并補償大氣湍流影響的新型分布式自適應光學系統。