[发明专利]激光阵列的活塞相位控制方法及装置

说明书

本发明公开一种激光阵列的活塞相位控制方法及装置，该方法包括：将入射的激光阵列中每路入射激光分成两束以上衍射激光，每束衍射激光与入射激光呈锐角，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圆心沿径向呈辐射状均布；将位于同一阵列单元中A路入射激光分束后的衍射激光中A束合束后进行相位解析，以将A路入射激光与共用的入射激光的相位锁定，其中A为大于或等于2的整数；按照预设路径依次将所有入射激光锁定在同一相位。解决现有技术中相位控制带宽随着激光阵列数目增加而迅速下降，影响相干合成系统激光路数扩展问题，减小上述影响，并提高相干合成系统的激光路数扩展能力，提高相干合成系统功率和亮度等参数。

技术领域

本发明涉及激光相干合成技术领域，具体是一种激光阵列的活塞相位控 制方法及装置，实现活塞相位锁定。

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’、激光合束器6’、分光镜7’、相位探测 模块8’和相位控制模块9’。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’ 出射的激光均入射激光合束器6’。低功率激光从激光合束器6’离开后，经分光 镜7’分光后携带光学信息的占总功率<1％的激光进入相位探测模块8’。相位探 测模块8’探测得到激光信号后，反馈至相位控制模块9’。相位控制模块9’与各 相位调制器3’控制连接。

为了消除该MOPA系统中激光放大器等部件引入的相位噪声，需要利用相 位探测模块8’对各路激光的相位噪声进行测量，再通过相位控制模块9’对各路 激光的相位噪声进行控制，从而实现激光阵列的同相位输出。

对于图1所示的系统，目前常用的相位探测控制方法包括：第一类是间接 探测相位控制方法，该方法利用光电探测器探测合成主光束的光强起伏，再 从中提取出相位噪声信息，并利用相位控制电路进行主动相位控制，从而实 现激光阵列的同相输出。目前应用较为广泛的相位控制算法有随机并行梯度 下降算法和抖动算法。第二类是直接探测相位控制方法，该方法通过直接探 测各路激光的相位差并进行相位补偿控制。目前报道的方法主要有外差干涉 法和剪切干涉仪探测法。

间接探测相位控制方法具有结构简单的特点，但是相位控制带宽随着激 光阵列数目的增加而迅速下降，影响了相干合成系统的激光路数扩展能力。 直接探测相位控制方法可以有效控制带宽高，但是其系统较为复杂、技术难 度较大，例如，外差干涉法中的参考光需要进行扩束和准直调节；剪切干涉 仪探测等方法需要利用相机进行光斑探测，并从光斑的干涉条纹中提取活塞 相位信息，相机数据的读取和处理所需时间较长，影响了控制带宽。

发明内容

本发明提供一种激光阵列的活塞相位控制方法及装置，用于克服现有技 术中间接探测相位控制过程中因带宽随着激光阵列数目的增加而迅速下降影 响相干合成系统的扩展性能等缺陷，通过探测每一路激光与相邻激光之间的 相位差信息，对激光相位进行控制，实现激光阵列的同相位输出，减小相位 控制过程中带宽由于激光阵列数目而受到的影响，并提高相干合成系统的激 光路数扩展能力，提高相干合成系统功率和亮度等参数。

为实现上述目的，本发明提供一种激光阵列的活塞相位控制方法，入射 的激光阵列由若干阵列单元按照预设路径布置形成，相邻的两个以上的阵列 单元包含至少一路共用的入射激光包括：