[发明专利]分布式全光纤激光相控阵系统及其相位控制方法

说明书

分布式全光纤激光相控阵系统及其相位控制方法，包括种子激光源、1×2激光分束/合束器、1×N激光分束/合束器、相位调制器、激光放大器、2×2光纤耦合器、光纤端帽、激光准直镜、环形器、光电探测器以及相位控制模块，通过全光纤光路结构实现各路激光的相位探测与控制。本发明不需要利用分光镜对阵列激光进行采样，提高了激光相控阵系统的扩展性和紧凑性。

技术领域

本发明涉及光学相控阵技术领域，具体是分布式全光纤激光相控阵系统及其相位控制方法。

背景技术

激光相控阵技术通过对各路激光的相位进行控制，使阵列激光满足一定的相位分布，从而实现对阵列激光的调控，可以广泛应用于激光通信、激光雷达和定向能技术等领域。目前，激光相控阵系统是主要采用了主振荡器功率放大(英文名称为MasterOscillatorPowerAmplifier，简称MOPA)，通过将阵列激光锁定为同相位输出，从而达到提升远场光斑能量集中度的目的。图1为现有技术中的激光相控阵的结构示意框图。该系统主要包含种子激光101、1×N激光分束/合束器102、多个相位调制器103、多个激光放大器104、多个光纤端帽105、多个激光准直镜106、激光合束器107、分光镜108、聚焦透镜109、小孔光阑110、光电探测器111和优化算法相位控制模块112。种子激光101经1×N激光分束/合束器102进行分束后，各路激光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分别与光纤端帽105光路连接。各光纤端帽105分别与激光准直镜106光路连接。各激光准直镜106出射的激光经过激光合束器107压缩占空比后形成阵列激光传输到分光镜108。99％的功率激光经分光镜108分光后发射到作用目标处；1％的功率激光经分光镜108分光后携带光学信息入射到相位探测模块，相位探测模块通常由一个聚焦透镜109、一个小孔光阑110和一个光电探测器111组成，用于提取合成光束远场光斑的中央主瓣能量。光电探测器111产生的电信号输出到优化算法相位控制模块112。优化算法相位控制模块112通过优化算法产生控制信号并输出到各相位调制器103。相位控制信号调整各路激光的活塞相位，使光电探测器111的输出信号保持最大值，此时阵列激光保持相位相同。

上述激光相控阵系统能够实现高功率光纤激光的同相位输出，达到提升阵列光束质量的目的。但是，该方法需要利用分光镜对阵列激光进行采样。当激光阵列的光束直径增大时，分光镜108和聚焦透镜109的直径也随之增大，限制了激光相控阵系统的扩展性。此外，由于采用空间光路进行相位误差提取，系统的空间光路调节要求较高，也影响了系统的紧凑性。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种分布式全光纤激光相控阵系统及其相位控制方法，通过全光纤结构实现各路激光的相位探测与控制。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

分布式全光纤激光相控阵系统，包括种子激光源、1×2激光分束/合束器、1×N激光分束/合束器、相位调制器、激光放大器、2×2光纤耦合器、光纤端帽、激光准直镜、环形器、光电探测器以及相位控制模块；

种子激光源出射波长为λ₁的种子光经1×2激光分束/合束器分为2路，其中第一路激光经第一1×N激光分束/合束器分为N路子激光，其中第i路子激光经第i个相位调制器进行相位调制、第i个激光放大器进行功率放大后输入到第i个2×2光纤耦合器；

各2×2光纤耦合器具有四个端口，其中第i个2×2光纤耦合器的第一端口连接第i个激光放大器，2×2光纤耦合器的第二端口连接第i个光纤端帽，第i个光纤端帽连接第i个激光准直镜，其中i＝1，2，…，N；对于入射到第i个光纤端帽的激光，其中大部分输出到第i个激光准直镜，其余小部分反射回原光路中；