[發明專利]一種基于數字全息的光纖激光相干合成方法

有效

• 申請號: 201610842125.8
• 申請日: 2016-09-23
• 公開（公告）號: CN107870441B
• 公開（公告）日: 2020-10-16
• 發明（設計）人: 張亦卓;胡文華;王燕辛;王秋實;任士龍
• 申請（專利權）人: 中國航空制造技術研究院
• 主分類號: G02B27/10
• 分類號: G02B27/10;G02B27/09
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種基于數字全息的光纖激光相干合成方法，其技術要點是：探測激光器出射激光束，通過第一半波片和激光擴束準直系統，被第一偏振分束棱鏡分為兩束，兩束激光干涉，本振激光器出射激光，在摻鉺光纖組束中被放大后，通過光纖耦合系統，被第二偏振分束棱鏡反射后向上輸出，實現相干合成；采用該技術方案，只需要一個探測CCD相機，即可實現多路光纖激光相干合成，若激光路數增加導致截面積過大，可通過改變光束口徑匹配系統，將截面縮束到CCD相機可探測區域內，不需要進行迭代算法，避免了算法無法收斂或收斂速度過慢，反饋速度快，無需對強激光波前進行相位控制，避免了光學元件的熱畸變和熱損傷，適合高功率激光系統中的應用。

技術領域

本發明涉及激光相干合成技術領域，具體的說是一種基于數字全息的光纖激光相干合成方法。

背景技術

光束合成的方式主要有四種，即光譜合成、偏振合成、非相干合成和相干合成。光譜合成是將波長間有細微差別的多路激光同軸簡單疊加輸出，達到提高激光輸出功率的目的；偏振合成是使用鍍有特殊膜系的分光鏡，讓偏振相互垂直的兩束光，一路透射，一路反射，通過相位鎖定使透射光和反射光的振幅矢量穩定疊加，從而達到合成的目的；非相干合成是控制各路光束的指向性，使其在目標處進行簡單的光強疊加而提高目標處的輸出功率；相干合成在控制各路光束指向性的同時鎖定光束間的相位，從而使波長一致、偏振相同的多路激光在遠場以相干的方式疊加，在遠場輸出平面同時得到高功率和高亮度的激光輸出。

激光相干合成的方法有外差法、隨機并行梯度下降算法、多抖動法等。其中外差法是各陣列光束與頻移的參考光束進行差拍干涉，通過探測各陣列光束的相位來實時控制各光束的相位；隨機并行梯度下降算法不需要參考光，只需要一個探測器探測合成光強變化，軟件自動尋優補償相位偏差而獲得穩定的最大干涉光強輸出；多抖動法對各陣列光束施加不同頻率的小幅相位調制，利用電學相關檢測的方法分離出相位控制信號，該方法同樣不需要參考光，并且只需要一個探測器。

在現有技術中，外差法是應用最廣泛、成熟度最高的激光相干合成技術。用外差法進行激光相干合成，當合成光束的路數增多時，不論在光學單元，還是在電學單元增加的都只是相應獨立的系統，由于系統過于龐大，雖然以隨機并行梯度下降算法為代表的方法，不論多少路激光，只需要一個探測器進行探測，非常適合多光束合成使用。但是，由于激光不穩定、電干擾、算法出錯等諸多因素，實際使用中算法不易收斂，導致相干合成失敗。同時，由于受到熱損傷和非線性效應等的影響，單臺光纖激光器輸出單模激光的理論最大功率有限。若在此基礎上繼續提高單臺激光器的輸出功率，由于介質的熱效應和非線性效應等的影響，其輸出光束的光束質量會越來越差而很難在實際中直接應用。

發明內容

本發明的目的就是解決以上技術中存在的問題，并為此提供一種基于數字全息的光纖激光相干合成方法。

一種基于數字全息的光纖激光相干合成方法，探測激光器出射激光束，通過第一半波片和激光擴束準直系統，被第一偏振分束棱鏡分為兩束，兩束激光干涉，本振激光器出射激光，在摻鉺光纖組束中被放大后，通過光纖耦合系統，被第二偏振分束棱鏡反射后向上輸出，實現相干合成。

進一步地，被第一偏振分束棱鏡分為兩束激光中的一束依次經過第二偏振分束棱鏡、光纖耦合系統、摻鉺光纖束組、光束口徑匹配系統、第三偏振分束棱鏡、分束棱鏡，進入CCD相機；另一束依次經過反射鏡和第二半波片，被分束棱鏡反射后進入CCD相機。

進一步地，CCD相機記錄干涉形成的數字全息圖，并將記錄下來的數字全息圖經過數據轉換器加載到反射式液晶空間光調制器上。

進一步地，本振激光器出射激光依次通過第三偏振分束棱鏡和1/4波片后，被反射式液晶空間光調制器反射，再次通過1/4波片后，被第三偏振分束棱鏡反射向上，經過光束口徑匹配系統。

進一步地，通過旋轉第一半波片，可以調整第一偏振分束棱鏡之后兩束激光的光強。