[发明专利]用于激光阵列的相干合成相位控制方法及系统

说明书

本发明公开一种用于激光阵列的相干合成相位控制方法及系统，该方法包括：将种子激光经至少两级光纤分束器进行二次分束，子激光经放大、准直后，一部反射，另一部分透射；透射的激光阵列按照二级光纤分束器的输出分成M个一级子阵列，每个一级子阵列经压缩后探测相位差信号并转换为相位控制信号分别控制每个二级光纤分束器输出的二级子激光在同一相位；从每个一级子阵列中提取一束根据相邻关系及最少数原则形成K个二级子激光阵列以通过压缩、相位探测后使得所有一级子阵列的二级子激光锁定在一相位。解决现有技术中随着激光数目增加导致合成光束光强起伏变化减弱的问题，实现模块化分级集成控制，降低对光电探测器灵密度及相位控制模块的要求。

技术领域

本发明涉及激光的相干合成技术领域，具体是一种用于激光阵列的相干合成相位控制方法及系统。

背景技术

单路激光的输出功率受限于热效应、非线性效应、泵浦功率和光学损伤等物理现象，仅依靠单路激光以达到较高的输出功率。利用多路激光构建激光阵列，并进行相干合成，是实现高功率、高亮度激光系统的重要方法。基于主动相位控制的主振荡功率放大器(英文名称为Master Oscillator Power Amplifier，简称MOPA)，该放大器结构普遍采用一种激光相干合成系统。该系统结构如图1所示，主要包含种子激光1、激光分束器2、多个相位调制器3、多个激光放大器4、多个激光准直器5、分光镜6、相位探测模块7和相位控制模块8。种子激光1发射的激光经激光分束器2进行分束后，各束激光分别进入相位调制器3。各相位调制器3分别与各对应的激光放大器4光路连接。各激光放大器4分别与激光准直器5光路连接。各激光准直器5出射的激光形成阵列激光入射到分光镜6。>99％的高功率激光经分光镜6反射后发射到作用目标处；<1％的低功率激光经分光镜6分光后携带光学信息入射到相位探测模块7，相位探测模块通常由一个透镜、一个小孔和一个光电探测器组成，用于提取合成光束远场光斑的中央主瓣能量。相位探测模块7将电信号输出到相位控制模块8。相位控制模块8解算出各路激光之间的相位误差，生成控制信号并输出到各相位调制器3。相位控制信号调整各路激光的活塞相差，使输出的阵列激光保持相位相同。

但是，随着激光路数的增加，由于每一路激光的相位噪声对合成光束光强起伏的贡献减弱，对光电探测器的灵敏度提出了过高的要求；此外，由于每一个相位调制器需要一个单独的控制信号，激光路数的增加也对相位控制模块8的电路设计提出了挑战。再者，相位控制模块8的控制带宽随合成激光数目的增多而降低，以至于无法对相位噪声进行有效控制。

发明内容

本发明提供一种用于激光阵列的相干合成相位控制方法及系统，用于克服现有技术中随着激光路数的增加导致光电相位探测模块的灵敏度要求更高，且相位控制模块的电路设计更为复杂等缺陷，通过激光阵列排布的设计，阵列激光的光场控制，利用各组相位探测模块和相位控制模块实现整个激光阵列的相位控制，具有集成化高的优点。

为实现上述目的，本发明提供一种用于激光阵列的相干合成相位控制方法，包括：

步骤1，将种子激光经至少两级光纤分束器进行二次分束，经过一级光纤分束器形成M束一级子激光，每束一级子激光经二级光纤分束器形成N束二级子激光；

步骤2，M×N束二级子激光分别经M×N个激光放大器放大并经M×N个准直器准直后，一部分二级子激光反射到作用目标，另一部分二级子激光透射；

步骤3，将透射的M×N束二级子激光按照M个二级光纤分束器的输出分成M个一级子阵列，每个一级子阵列分别经一级光束占空比压缩模块压缩后，经一级相位探测模块获得一级子阵列中N束二级子激光的相位差信号，并将该相位差信号转换为相位控制信号，分别将每一个二级光纤分束器输出的N束二级子激光控制为同相位输出；