[发明专利]激光相干合成相位误差补偿装置及方法

说明书

本申请公开了一种激光相干合成相位误差补偿装置，其被配置为使得初始干涉条纹信号以第一表达式表达：经预处理的干涉条纹信号以第二表达式表达的干涉条纹信号中不同像素位置处的光强：将所述经预处理的干涉条纹信号与数据库中预存的以第二表达式表达的该干涉通道的多个波形数据进行模式匹配得到该干涉通道的所述推算出相位误差，该干涉通道的所述推算出相位误差与其对应的阵列信号光的通道信号的相位误差一致。本申请的装置可快速推算出系统的相位误差值，以基于该误差值调整相位调制器，使得系统的激光相干合成输出的相干性、稳定性得以保证。本申请还公开了对应的方法。

技术领域

本发明涉及激光技术领域，具体的说是一种多路激光相干性控制装置及方法。

背景技术

在激光相干合成系统中，受环境变化以及各通道间固有光程差异等因素的影响，导致各通道间的波阵面彼此失配，激光相干合成输出的稳定性被减损，进而影响远场光束合成的质量和能量集中度。由此，出现了激光锁相技术。锁相技术的目标在于，各个通道激光的相干性需要保持稳定，每个通道的相位差维持恒定。根据相位控制的物理机理，可分为被动相位控制和主动相位控制。一般来说，被动相位控制是基于某种耦合机理，在无需主动控制元件情况下进行相位补偿，但其操作性较差，锁相效果较低。主动相位控制是利用主动相位补偿控制系统,对阵元之间的相位差进行主动反馈控制，其相位补偿精度及控制带宽较被动相位控制更高。

目前，在激光相干合成领域中，多阵元相干合成系统大多采用主动锁相技术完成。Thales ResearchTechnology公司的Marie Antier等首先提出了一种主动相位控制方法，其核心是通过在像面上不同区域获取各个信号光通道和单个参考光的干涉图，根据干涉图和预设模式的相关系数来求解每个信号光通道上的相位波动。这一方法有利于实现多通道下的相位并行控制。但是，发明人也注意到，系统整体控制带宽和装配精度对多通道的相位误差控制精度共同起到决定性作用，即控制带宽和系统装配精度越高相位误差越小，相干合成性越好；在多通道闭环控制中，控制带宽体现在相机帧频、算法处理时间以及调制器响应速度上的三者时间累计，系统装配精度体现在光波长量级。

在上述方法中，由于相关系数的计算复杂导致系统计算速度慢、且受噪声影响大。此外该方法中采用的相位合成系统需要确定信号光与参考光的夹角，该夹角需要专门的仪器测量，这带来了对系统中的部件装配精度要求严苛的问题。

发明内容

针对上述技术不足中的一种、两种或者多种，本申请的一些实施例提供了一种激光相干合成相位误差补偿装置，其包括阵列信号光生成单元，用以产生包括多个通道信号的阵列信号光，其包括相位调制器用于调整阵列信号光中各通道信号的相位；干涉条纹生成单元，包括配置为提供与所述阵列信号光相同性质的参考光的参考光生成组件；配置为使得所述参考光与阵列信号光发生干涉产生各通道信号的干涉条纹的干涉组件；以及配置为在其像面采集包括所述各通道信号的干涉条纹的图像帧的图像采集组件；相位误差推算单元，用于推算所述阵列信号光的每个通道信号的相位误差；以及，多通道相位同步控制单元，用以根据所述推算出的相位误差对所述相位调制器的实时调整；所述相位误差推算单元包括处理器和存储器，所述处理器被配置为执行所述存储器中存储的相位误差推算程序，运行所述相位误差推算程序执行以下处理：接收所述图像数据帧；识别所述图像数据帧中的多个每个干涉通道对应的干涉条纹所在的分区的像素位置以及所述干涉条纹中的每个像素的光强值以形成每个干涉通道的初始干涉条纹信号；该初始干涉条纹信号以第一表达式表达：对所述初始干涉条纹信号进行预处理得到经预处理的干涉条纹信号，经预处理的干涉条纹信号以第二表达式表达的干涉条纹信号中不同像素位置处的光强，其中所述第二表达式与所述经预处理的干涉条纹信号条纹干涉通道经过预处理后得到的像素数量相关联：将所述经预处理的干涉条纹信号与数据库中预存的以第二表达式表达的该干涉通道的多个波形数据进行模式匹配得到该干涉通道的所述推算出相位误差，该干涉通道的所述推算出相位误差与其对应的阵列信号光的通道信号的相位误差一致。