[實用新型]激光陣列的活塞相位控制裝置

有效

• 申請號: 201920163280.6
• 申請日: 2019-01-30
• 公開（公告）號: CN209249901U
• 公開（公告）日: 2019-08-13
• 發明（設計）人: 粟榮濤;馬閻星;周樸;常洪祥;常琦;吳堅;馬鵬飛;姜曼;王小林;司磊;許曉軍;陳金寶
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: H01S3/10
• 分類號: H01S3/10;H01S3/23
• 代理公司: 長沙國科天河知識產權代理有限公司 43225
• 代理人: 邱軼

本實用新型公開一種激光陣列的活塞相位控制裝置，該方法包括：將入射的激光陣列中每路入射激光分成兩束以上衍射激光，每束衍射激光與入射激光呈銳角，且衍射激光在垂直于入射激光的平面上的投影以入射激光的投影以圓心沿徑向呈輻射狀均布；將位于同一陣列單元中A路入射激光分束后的衍射激光中A束合束后進行相位解析，以將A路入射激光與共用的入射激光的相位鎖定，其中A為大于或等于2的整數；按照預設路徑依次將所有入射激光鎖定在同一相位。解決現有技術中相位控制帶寬隨著激光陣列數目增加而迅速下降，影響相干合成系統激光路數擴展問題，減小上述影響，并提高相干合成系統的激光路數擴展能力，提高相干合成系統功率和亮度等參數。

技術領域

本實用新型涉及激光相干合成技術領域，具體是一種激光陣列的活塞相位控制裝置，實現活塞相位鎖定。

背景技術

單路激光的輸出功率受限于熱效應、非線性效應、泵浦功率和光學損傷等物理現象，僅依靠單路激光以達到較高的輸出功率。利用多路激光構建激光陣列，并進行相干合成，是實現高功率、高亮度激光系統的重要方法。基于主動相位控制的主振蕩功率放大器(英文名稱為Master Oscillator Power Amplifier，簡稱MOPA)，該放大器結構普遍采用一種激光相干合成系統。該系統結構如圖1所示，主要包含種子激光1’、激光分束器2’、多個相位調制器3’、多個激光放大器4’、多個激光準直器5’、激光合束器6’、分光鏡7’、相位探測模塊8’和相位控制模塊9’。種子激光1’發射的激光經激光分束器2’進行分束后，各束激光分別進入相位調制器3’。各相位調制器3’分別與各對應的激光放大器 4’光路連接。各激光放大器4’分別與激光準直器5’光路連接。各激光準直器5’出射的激光均入射激光合束器6’。低功率激光從激光合束器6’離開后，經分光鏡7’分光后攜帶光學信息的占總功率<1％的激光進入相位探測模塊8’。相位探測模塊8’探測得到激光信號后，反饋至相位控制模塊9’。相位控制模塊9’與各相位調制器3’控制連接。

為了消除該MOPA系統中激光放大器等部件引入的相位噪聲，需要利用相位探測模塊8’對各路激光的相位噪聲進行測量，再通過相位控制模塊9’對各路激光的相位噪聲進行控制，從而實現激光陣列的同相位輸出。

對于圖1所示的系統，目前常用的相位探測控制方法包括：第一類是間接探測相位控制方法，該方法利用光電探測器探測合成主光束的光強起伏，再從中提取出相位噪聲信息，并利用相位控制電路進行主動相位控制，從而實現激光陣列的同相輸出。目前應用較為廣泛的相位控制算法有隨機并行梯度下降算法和抖動算法。第二類是直接探測相位控制方法，該方法通過直接探測各路激光的相位差并進行相位補償控制。目前報道的方法主要有外差干涉法和剪切干涉儀探測法。

間接探測相位控制方法具有結構簡單的特點，但是相位控制帶寬隨著激光陣列數目的增加而迅速下降，影響了相干合成系統的激光路數擴展能力。直接探測相位控制方法可以有效控制帶寬高，但是其系統較為復雜、技術難度較大，例如，外差干涉法中的參考光需要進行擴束和準直調節；剪切干涉儀探測等方法需要利用相機進行光斑探測，并從光斑的干涉條紋中提取活塞相位信息，相機數據的讀取和處理所需時間較長，影響了控制帶寬。

實用新型內容

本實用新型提供一種激光陣列的活塞相位控制方法及裝置，用于克服現有技術中間接探測相位控制過程中因帶寬隨著激光陣列數目的增加而迅速下降影響相干合成系統的擴展性能等缺陷，通過探測每一路激光與相鄰激光之間的相位差信息，對激光相位進行控制，實現激光陣列的同相位輸出，減小相位控制過程中帶寬由于激光陣列數目而受到的影響，并提高相干合成系統的激光路數擴展能力，提高相干合成系統功率和亮度等參數。

為實現上述目的，本實用新型還提供一種激光陣列的活塞相位控制裝置，包括：

激光放大器陣列，用于提供入射激光，由若干激光放大器陣列單元按照預設路徑布置而成，相鄰的兩個以上的陣列單元包含至少一個共用的激光放大器；