[發(fā)明專利]一種基于多抖動(dòng)法的低重頻光纖激光相干合成方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110405343.6
• 申請(qǐng)日: 2021-04-15
• 公開（公告）號(hào): CN113125120B
• 公開（公告）日: 2022-01-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郝群;曹杰;張佳利;程陽;吳佳蔚;陶禹
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01M11/02
• 分類號(hào): G01M11/02;G01J9/02
• 代理公司: 北京正陽理工知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11639
• 代理人: 鄔曉楠

本發(fā)明公開的一種基于多抖動(dòng)法的低重頻光纖激光相干合成方法，涉及應(yīng)用于高功率脈沖激光遠(yuǎn)距離探測(cè)方法，屬高功率激光探測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明通過自行設(shè)計(jì)的窗口濾波算法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)摻雜在相位噪聲中的脈沖信號(hào)噪聲的有效濾除，解決了利用傳統(tǒng)方法去除脈沖噪聲時(shí)模糊信號(hào)細(xì)節(jié)信息的難題。采用該窗口濾波算法濾除脈沖后，進(jìn)一步運(yùn)用多抖動(dòng)鎖相算法實(shí)現(xiàn)了脈沖噪聲頻率(10kHz)與環(huán)境噪聲頻率(≤5kHz)處于同一量級(jí)的低重頻脈沖光束相干合成。且具有相位校正次數(shù)少，鎖相效果穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，在500ns時(shí)間內(nèi)即可將兩路脈沖信號(hào)光的相位差補(bǔ)償?shù)?。本發(fā)明可應(yīng)用到生物醫(yī)療、精密機(jī)械加工、激光雷達(dá)等領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種低重復(fù)頻率納秒脈沖激光相干合成的方法，屬于高功率激光探測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

低重復(fù)頻率納秒脈沖光纖激光光源因其具有線寬窄、峰值功率高、光束質(zhì)量好、柔性細(xì)長(zhǎng)口徑小、易于組束等許多獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，在光電探測(cè)、無人駕駛、空間碎片清理，以及激光雷達(dá)等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。然而實(shí)現(xiàn)大功率脈沖光束相干合成的關(guān)鍵技術(shù)在于對(duì)光束相位的精確控制，即保證參與合成的脈沖激光同相輸出。當(dāng)前，實(shí)現(xiàn)大功率光纖脈沖激光相干合成主要采用基于MOPA結(jié)構(gòu)的主動(dòng)鎖相方案，主要包括外差法、抖動(dòng)法等。由于基于多抖動(dòng)法相干合成只需要一個(gè)光電探測(cè)器，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制帶寬主要由處理電路的速度決定，被認(rèn)為是獲得高亮度激光的一種最有前途的方法。

在高重頻脈沖光束相干合成系統(tǒng)中，采用多抖動(dòng)算法進(jìn)行相位補(bǔ)償時(shí)，需要對(duì)各路參與相干合成的光束進(jìn)行不同的頻率標(biāo)定，再通過帶通濾波器或者低通濾波器提取出含有相位噪聲的信號(hào)，在解調(diào)單元中通過相干檢測(cè)的方法解調(diào)出誤差信號(hào)，并反饋到相位調(diào)制器件中，實(shí)現(xiàn)各路激光相位的補(bǔ)償。但是，對(duì)于低重頻脈沖光(≤10kHz)脈沖激光相干合成時(shí)，采用定制截止頻率固定的帶阻濾波器，在去除脈沖噪聲的同時(shí)也模糊了信號(hào)的細(xì)節(jié)信息，導(dǎo)致無法提取含有相位噪聲的信號(hào)，不能實(shí)現(xiàn)低重頻脈沖光束相干合成。分析其原因是由于脈沖重頻與環(huán)境噪聲同在一個(gè)數(shù)量級(jí)，光電探測(cè)器接收到的信號(hào)為小幅值相位噪聲信號(hào)加上大幅值的脈沖噪聲信號(hào)，濾波的同時(shí)會(huì)大幅降低本來幅值就低的相位噪聲信號(hào)。因此，亟需一種自適應(yīng)脈沖濾波方法在實(shí)現(xiàn)去除低重頻脈沖噪聲的同時(shí)，還能保護(hù)相位噪聲信號(hào)的細(xì)節(jié)信息，進(jìn)一步完成多路低重頻脈沖光束相干合成。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明公開的一種基于多抖動(dòng)法的低重頻光纖激光相干合成方法，要解決的技術(shù)問題是：實(shí)現(xiàn)摻雜在相位噪聲中的低重頻脈沖激光噪聲的檢測(cè)、識(shí)別、濾除，且能夠自動(dòng)適應(yīng)脈沖噪聲在放大過程中引起的幅值起伏變化，以及脈寬展寬變化特點(diǎn)，只對(duì)相位噪聲污染點(diǎn)處理，不改變非污染信號(hào)點(diǎn)相位噪聲的大小。不僅具有很好的低重頻脈沖噪聲去除能力，還能很好地保護(hù)相位噪聲信號(hào)的細(xì)節(jié)信息，從而能夠進(jìn)一步利用多抖動(dòng)鎖相算法實(shí)現(xiàn)低重頻脈沖激光相干合成。且具有相位校正次數(shù)少，鎖相效果穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，在500ns時(shí)間內(nèi)即可將兩路脈沖信號(hào)光的相位差補(bǔ)償?shù)?。

本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明公開的一種基于多抖動(dòng)法的低重頻光纖激光相干合成方法，通過自行設(shè)計(jì)的窗口濾波算法，可對(duì)環(huán)境相位噪聲中的低重頻脈沖噪聲檢測(cè)、識(shí)別、濾除的方法，濾除后的信號(hào)可直接用于多抖動(dòng)法鎖相。算法中先采用自行設(shè)計(jì)的窗口算法識(shí)別脈沖，再插值代替窗口內(nèi)的脈沖信號(hào)群，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)摻雜在相位噪聲中的脈沖信號(hào)的有效濾除。由于該算法只對(duì)脈沖噪聲污染點(diǎn)進(jìn)行插值處理，不改變非污染點(diǎn)的相位噪聲值，有效地保護(hù)了原有的相位噪聲。利用該方法將摻雜在相位噪聲中的脈沖噪聲濾除后，進(jìn)一步采用多抖動(dòng)鎖相算法成功地將2路低重頻(10kHz)脈沖信號(hào)光實(shí)現(xiàn)閉環(huán)鎖相相干合成，實(shí)現(xiàn)了低重頻脈沖光高峰值功率、高能量集中度的相干合成。

本發(fā)明公開的一種低重頻光纖激光相干合成方法，是基于MOPA結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)鎖相相干合成的，包括連續(xù)光纖激光器、連續(xù)光纖放大器、電光強(qiáng)度調(diào)制器、保偏隔離器、光纖分束器、任意波形發(fā)生器、相位調(diào)制器、主振蕩功率放大器、光纖準(zhǔn)直器、偏振分光棱鏡、格蘭棱鏡、分光鏡、孔徑光闌、光電探測(cè)器、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、算法執(zhí)行單元、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊。