[发明专利]一种激光相干阵列分布式相位控制系统及控制方法

说明书

本申请涉及一种激光相干阵列分布式相位控制系统及控制方法。所述系统包括：激光相干阵列输出模块和分布式相位控制模块；分布式相位控制模块包括小透镜阵列、多个二级相位调制器、多个光纤耦合器、1个光纤端帽、多个光电探测器、一级相位控制系统、二级相位控制系统。二级相位控制器可有效控制阵列激光的波前信息，实现阵列激光的相干合成效果的实时控制；光纤耦合器将阵列光束的相位信息进行两两耦合探测，无需对整个阵列光束的相位信息进行统一探测，提高系统相位控制带宽；该系统具有全光纤化的特点，降低了热管理方面的压力，并提高了系统结构的紧凑性和可操作性。

技术领域

本申请涉及光学相干合成技术领域，特别是涉及一种激光相干阵列分布式相位控制系统及控制方法。

背景技术

基于主振荡器功率放大(英文名称为Master Oscillator Power Amplifier，简称MOPA)的光纤激光相干阵列由于可以实现合成孔径发射，增大系统发射口径，减小激光的传输发散角(参见专利：CA2278071A1，CN103513428A，CN106451055B，CN103346470B，CN110729628B)，被广泛应用于主动成像与探测、定向能与激光通信等领域。

图1为现有技术中的相干阵列相位控制系统结构示意图。该系统包括激光相干阵列输出模块和相位控制模块，其中激光整列输出模块主要包含激光种子源101、激光分束器102、N个相位调制器103、N个激光放大器104、N个准直器105，N个分光镜106以及N个激光扩束器107；相位控制模块主要包括N个空间光程调节器108、激光合束器109、相位探测模块110以及相位控制电路111。激光种子源101输出的激光经激光分束器102分成N路子光束输出，各子光束分别进入相位调制器103。各相位调制器103分别与各对应的激光放大器104光路连接。各激光放大器104又分别与准直器105光路连接。经准直器105输出的N路激光分别被连接在光路中的N个分光镜106分为两个部分：大分部激光功率分别进入N个激光扩束器107，形成阵列激光输出；小部分激光功率直接透过分光镜106用于相位控制。在激光进入相位探测模块110之前，需要在光路上设置N个空间光程调节器108以调节每一路激光的光程，使阵列具有高相干性以符合相位控制的条件，随后阵列激光进入激光合束器109以压缩阵列激光的间距，最后被相位探测模块110探测，输送反馈信号到相位控制电路111，进而控制相位调制器103，校正系统的相位噪声。

由于采用阵列光束远场相干合成中央主瓣的能量作为评价函数，如图1所示，相位控制的算法迭代时间近似与阵列数目的二分之一次方成正比，随着阵列数目的增多，算法的迭代时间将严重限制相位控制的速率，降低相位控制带宽，进而降低相干合成效果；同时采用此类空间光路结构进行相位控制，不仅需要空间光程调节器108来调节每一路激光光程，还需要使用激光合束器109以将阵列光束进行缩束并聚焦到同一针孔探测器上，过多的器件增加了系统的重量和体积，不仅降低系统结构紧凑性，而且增大了高功率应用时热管理等实际应用方面的压力。

发明内容

为克服现有技术中相位控制方案的不足，提供一种激光相干阵列分布式相位控制系统及控制方法。

一种激光相干阵列分布式相位控制系统，所述系统包括：激光相干阵列输出模块和分布式相位控制模块；所述分布式相位控制模块包括小透镜阵列、多个二级相位调制器、多个光纤耦合器、1个光纤端帽、多个光电探测器、一级相位控制系统、二级相位控制系统。

激光相干阵列输出模块输出激光相干阵列和用于相位控制的多路控制激光束，并将多路所述控制激光束输入到所述小透镜阵列的对应小透镜中；

所述小透镜阵列的小透镜与对应所述二级相位调制器光路连接，所述二级相位调制器每两个一组与一个第一级所述光纤耦合器光路连接；第一级所述光纤耦合器每两个一组与一个第二级所述光纤耦合器光路连接，直到光纤耦合器的数量为1个时，则为最后一个光纤耦合器，所述光纤端帽与最后一个光纤耦合器连接；每一个所述光纤耦合器与一个所述光电探测器连接；所述二级相位调制器根据二级相位控制系统施加的特定电压值对小透镜输出的激光光束施加活塞相移。