[发明专利]全光纤激光相控阵系统的精确相位控制方法

说明书

全光纤激光相控阵系统的精确相位控制方法，包括1个种子激光器、1个1×2激光分束/合束器、2个1×N激光分束/合束器、2N个相位调制器、N个激光放大器、N个2×2光纤耦合器、N个光纤端帽、N个激光准直镜、N个空间光相位调制器、N+1个光电探测器、N+1个相位控制模块、1个探测光种子、1个环形器和1个波分复用器。本发明通过搭建全光纤结构与双波长探测实现各路激光的精确相位探测与控制，提高了全光纤激光相控阵系统相位控制精度与系统紧凑性。

技术领域

本发明涉及光学相控阵技术领域，具体涉及一种全光纤激光相控阵系统的精确相位控制方法。

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，使输出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。通过全光纤结构实现各路激光的相位探测与控制，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。

图1为申请人之前提出的一种全光纤激光相控阵系统结构示意框图。该系统主要包含包括1个种子激光101、1个1×2激光分束/合束器102、2个1×N激光分束/合束器102、2N个相位调制器103、N个激光放大器104、N个2×2光纤耦合器105、N个光纤端帽106、N个激光准直镜107、N个空间光相位调制器108、N+1个光电探测器109、N+1个相位控制模块110、1个环形器111。种子激光101经1×2激光分束/合束器102-0进行分束后，一路激光再次经第一个1×N激光分束/合束器102-1分成N束，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分别与对应的2×2光纤耦合器105的1端口连接。99％从光纤耦合器1端口进入的光从光纤耦合器的2端口输出并分别与光纤端帽106连接,1％从光纤耦合器1端口进入的光从光纤耦合器4端口输出并与光电探测器109连接。99％以上的光从各光纤端帽出射经过激光准直镜107传输到空间光相位调制器108最后发射到作用目标处。1％的功率从光纤端帽处反射回光纤中。1×2激光分束/合束器分出的另一束光与环形器111的1端口连接。环形器的3端口与光电探测器109连接，环形器的2端口输出经第二个1×N激光分束/合束器102-2分成N束，各路激光分别进入相位调制器103，各相位调制器103分别与2×2光纤耦合器105的3端口连接。99％从光纤耦合器3端口输入的光从光纤耦合器的4端口输出到光电探测器109。光电探测器109产生的电信号输出到相位控制模块110。相位控制模块110通过优化算法产生控制信号并输出到各相位调制器103。开启第i个相位控制模块310-i，使第i光电探测器109-i探测到的信号稳定到最大值，i＝1，2，…，N。开启第N+1相位控制模块110-(N+1)，使第N+1光电探测器109探测到的信号稳定到最大值。此时，种子激光101发出的激光，经过光纤端帽106反射，再由第二1×N激光分束/合束器102-2合束的各路激光的相位保持一致，从而实现了输出激光的相位锁定。利用空间光相位调制器108对第i路激光施加固定的相位，从而实现对阵列光束的相位调控。

上述激光相控阵系统能够实现全光纤结构相位探测与锁定，扩展性和紧凑性好。但是，该方法测量往返相位引入π相位不确定性，较难直接实现输出相位的同相输出，需要额外的测量与补偿。

发明内容

本发明的目的是提供一种全光纤激光相控阵系统的精确相位控制方法，通过全光纤结构与双波长探测实现各路激光的精确相位探测与控制，提高了全光纤激光相控阵系统相位控制精度与系统紧凑性。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

全光纤激光相控阵系统，包括种子激光器、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、光电探测器、相位控制模块、探测光种子、环形器和波分复用器；