[发明专利]相干阵列光束相位误差检测装置及相干合成锁相系统

说明书

本发明提出了相干阵列光束相位误差检测装置及相干合成锁相系统。相干阵列光束相位误差检测装置包括基板、立方分束器、立方合束器和偏振光电探测器。立方合束器呈N×M阵列排布在安装基板上，立方分束器排布在立方合束器阵列的一侧，与立方合束器阵列形成N×(M+1)阵列。参考光通过立方分束器后与相干阵列光束在立方合束器处进行偏振相干合成，实现阵列光束与参考光的相位误差检测。将该装置应用到相干合成系统中，对阵列光束分束后的小部分光进行处理后，获得相位误差传输给信号处理器，生成误差补偿信号，反馈给各光束的相位调制器，进行活塞像差校正，实现相干合成。利用本发明可有效提升相干合成系统的光束数量，解决控制带宽受限的难题。

技术领域

本发明涉及一种相干阵列光束相位误差检测装置及基于该装置实现的阵列光束相干合成锁相系统，属于阵列光束相干合成技术领域。

背景技术

为了获得高功率、高光束质量激光输出，人们提出了阵列光束相干合成技术方案，该方案通过对多台中等功率单频或窄线宽高光束质量激光器进行相位控制的方法获得高亮度激光输出，阵列光束相干合成技术尤其在光纤激光领域获得广泛研究。

目前，应用较多的锁相方法是基于单探测器的优化锁相方法，比如爬山法、外差法、抖动法、SPGD算法等，随着参与相干合成的光束数量的增加，上述各种方法在控制带宽、频域资源、光路调节等方面均存在不同程度的困难。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提出了一种相干阵列光束相位误差检测装置及相干合成锁相系统。将本发明应用于阵列光束相干合成系统中，可在保证相干合成锁相控制速度不变、光路调节难度不显著增加的情况下，大量增加参与相干合成的光束数量，解决锁相系统控制带宽受限的难题。

为实现上述技术目的，本发明采用的具体技术方案如下：

本发明提供一种相干阵列光束相位误差检测装置，包括基板、立方分束器、立方合束器和偏振光电探测器。立方分束器和立方合束器均安装在基板的正面，其中立方合束器有N×M个，N×M个立方合束器呈N列×M行阵列形式排布在安装基板上，形成N×M立方合束器阵列；N个立方分束器排布在N×M立方合束器阵列的一侧且与N×M立方合束器阵列形成N列×(M+1)行阵列。参考光从N个立方分束器的一侧入射，参考光经N个立方分束器后均分为N路功率相等的二级参考光，每一路二级参考光的光路上依次经过M个立方合束器；N×M阵列光束从基板的背面对应入射到N×M立方合束器阵列的各立方合束器中并与入射到各立方合束器中的二级参考光进行偏振相干合成，之后每一路合成光束分别输出到一个独立的偏振光电探测器，其中N×M阵列光束中各光束作为对应入射到各立方合束器的主光束，偏振光电探测器位于立方合束器的光束输出方向上，用于检测合成光束中主光束与参考光间的相位误差。

本发明中，在立方合束器处，参考光与主光束的偏振方向垂直，即一个为p(s)光，另一个为是s(p)光。

进一步地，本发明所述基板可由金属板材制成，其上分布有立方合束器安装方孔阵列和立方分束器安装方孔阵列，立方合束器安装方孔中央有通光圆孔，用于主光束透射到立方合束器中。

进一步地，本发明所述立方分束器是一组分光比不同的线偏光立方体分束器，定义距离参考光最远的一个分束器为1号分束器，依次为2号……N号分束器，其中N号分束器最接近参考光。第n(n＝1、2、…N)个分束器的反射光与输入光的比例为1:n，即1号分束器的反射率为100％，n号分束器的反射率为