一种基于光纤阵列相干合成的相位调制装置与方法

本发明属于相位控制，具体涉及一种基于光纤阵列相干合成的相位调制装置与方法。

背景技术：

1、高能激光在国防、工业等领域开始得到越来越广泛的应用，受到一些因素的影响，单束激光输出功率受到限制，而激光光束合成技术可以实现高功率激光输出。相干合成技术能够突破单根光纤的功率极限，同时解决亮度、热管理等一系列问题，已成为光纤激光技术中的重要研究方向。早期的相干合成研究主要是集中在连续光，由于连续光尤其是单频连续光的相干长度很长，由同一光源出射的多路光束合成比较容易产生干涉现象，对于超快激光其相干长度只有百微米，因此光程差的控制需要非常严格。另外，在光纤激光放大器中，由于增益光纤热效应和外界环境扰动等因素的影响，输出的激光存在相位噪声。为了消除各路激光之间的相位差，实现各路激光的同相输出，需要对各路激光的相位进行实时控制。

2、主动锁相技术通过对各单元输出光束进行实时检测，再通过相位调制器控制各单元相位实现相位锁定。光纤阵列每路光放大器出射光之间的相位差不同，常使用以压电或电光效应为机理的相位调制器补偿相位延迟。锁相控制器通过将驱动电压加载到压电陶瓷器件两侧电极上，在逆压电效应的影响下最终使出射光的相位发生改变或通过电光效应改变电光晶体的折射率进而改变出射光的相位。然而，已经提出的几种办法都包含压电或电光元件，这将增加了系统的复杂性以及插入损耗。所用的相位调制器价格昂贵，这同时也增加了相干合束系统整体的成本，尤其是在多路光纤阵列合束中的应用。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于光纤阵列相干合成的相位调制方法与装置；

2、本发明利用光纤中已经存在的泵浦光来实现所需的相位控制，这种方法可以在不引入其它光学元件、只有光学系统本身的前提下完成阵列的相干合束。通过对泵浦光的调制使光纤阵列发射光产生相移，对光纤阵列合束后的输出进行解调，再由反馈回路发送至各光纤阵列的泵浦源，根据反馈信息泵浦源进行相应改变来控制相位，从而使整个光纤阵列的相位得到控制，提高相干合成的输出效率。

3、本发明利用具有掺杂的光纤吸收泵浦光能量产生热量，温度的变化导致光纤折射率发生改变进而使光纤发射的光经过放大器时相位随泵浦功率的变化而变化。

4、本发明的技术方案为：

5、一种基于光纤阵列相干合成的相位调制装置，包括：

6、依次连接的种子源光源、光纤分束器、放大器阵列、合束单元及解相单元；

7、光纤分束器将种子源光源输出的相干光输送到与放大器阵列相连的光纤中；

8、放大器阵列用于：放大器阵列中光纤中掺杂离子吸收泵浦光能量转化为信号光的能量，实现种子源输入的信号光的放大；另外，放大器阵列也起到调制相位的作用；

9、合束单元用于：将多个放大器阵列的高功率激光光束合在一起，得到一束具有更高光功率的光束；

10、解相单元用于：从合束单元输出的远场图形图像中提取相位信息。

11、根据本发明优选的，光纤分束器是1xn光纤分束器。

12、根据本发明优选的，放大器阵列是包含掺杂剂的光纤或晶体，包含掺杂剂的光纤包括包含镱、铒、铥、镨和铒镱共掺的光纤，包含掺杂剂的晶体包括包含钕、镱、铒的晶体。

13、根据本发明优选的，放大器阵列包括第一光纤放大器、第一976nm半导体二极管激光器、第一波分复用器、第二光纤放大器、第二976nm半导体二极管激光器、第二波分复用器；

14、进一步优选的，合束单元包括第一准直器、第二准直器、聚焦透镜。

15、进一步优选的，解相单元包括分光片、光电探测器、ccd、锁相放大器、射频信号发生器。

16、种子源光源产生的相干光传输到光纤分束器，光纤分束器将相干光等比例分成两束分别传输到第一光纤放大器和第二光纤放大器，第一光纤放大器使用第一976nm泵浦二极管激光器进行调制、放大，第二光纤放大器使用第二976nm泵浦二极管激光器进行泵浦；第一光纤放大器和第二光纤放大器分别通过第一准直器、第二准直器进行准直，输入到聚焦透镜上进行聚焦，分光片将聚焦光束分为两路，其中，一路进入ccd中观察产生的干涉条纹信息，另一路利用光电探测器采集干涉条纹信息，并将光信息转换为电信息传输到锁相放大器中。

17、射频信号发生器向第一976nm泵浦二极管激光器和锁相放大器输入正弦信号，锁相放大器解析出第一光纤放大器和第二光纤放大器的相位，控制程序检测到相位差值，自动找到相位差所对应的泵浦电压以及泵浦驱动电流，射频信号发生器向第一976nm泵浦二极管激光器施加驱动电压改变第一光纤放大器输出光的相位，使第一光纤放大器和第二光纤放大器同相输出，提升相干合成效率。

18、进一步优选的，种子源光源使用的是1030nm单频激光器。

19、一种基于光纤阵列相干合成的相位调制方法，通过上述基于光纤阵列相干合成的相位调制装置实现，包括：

20、种子源光源输出信号光，通过光纤分束器分为两路信号光，一路信号光进入第一光纤放大器中，第一光纤放大器通过第一波分复用器分别与合束单元的一端以及第一976nm泵浦二极管激光器相连接，增益光纤中的镱离子吸收泵浦光实现信号光的放大，经过放大的信号光通过第一准直器出射；同时，另一路信号光进入第二光纤放大器中，第二光纤放大器通过第二波分复用器分别与合束单元的一端以及第二976nm泵浦二极管激光器相连接，增益光纤中的镱离子吸收泵浦光实现信号光的放大，经过放大的信号光通过第二准直器出射；

21、第一准直器和第二准直器出射的准直光通过聚焦透镜聚焦，分光片将光路分为两路，一路进入ccd中观察干涉条纹信息，另一路进入光电探测器中，通过剪切干涉的方法处理来自远场图形图像的信息，通过锁相放大器以提供相位控制和正确的驱动功率馈送到射频信号发生器，进而改变放大器中的相位，使两路光相位差保持稳定实现光的相干输出。

22、本发明的有益效果为：

23、1、本发明有利地利用光纤放大器中已经存在的泵浦光来调制光纤放大器阵列的相位，以实现所需的相位控制，这大大降低了系统的复杂性以及插入损耗。

24、2、本发明利用光纤放大器阵列中已经存在的元件进行相位控制，这也降低了相干合束的成本。

1.一种基于光纤阵列相干合成的相位调制装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种基于光纤阵列相干合成的相位调制装置，其特征在于，光纤分束器是1xn光纤分束器。

3.根据权利要求1所述的一种基于光纤阵列相干合成的相位调制装置，其特征在于，放大器阵列是包含掺杂剂的光纤或晶体，包含掺杂剂的光纤包括包含镱、铒、铥、镨和铒镱共掺的光纤，包含掺杂剂的晶体包括包含钕、镱、铒的晶体。

4.根据权利要求1所述的一种基于光纤阵列相干合成的相位调制装置，其特征在于，放大器阵列包括第一光纤放大器、第一976nm半导体二极管激光器、第一波分复用器、第二光纤放大器、第二976nm半导体二极管激光器、第二波分复用器。

5.根据权利要求4所述的一种基于光纤阵列相干合成的相位调制装置，其特征在于，合束单元包括第一准直器、第二准直器、聚焦透镜。

6.根据权利要求5所述的一种基于光纤阵列相干合成的相位调制装置，其特征在于，解相单元包括分光片、光电探测器、ccd、锁相放大器、射频信号发生器。

7.根据权利要求6所述的一种基于光纤阵列相干合成的相位调制装置，其特征在于，

8.根据权利要求1所述的一种基于光纤阵列相干合成的相位调制装置，其特征在于，种子源光源使用的是1030nm单频激光器。

9.一种基于光纤阵列相干合成的相位调制方法，通过权利要求6或7所述的基于光纤阵列相干合成的相位调制装置实现，其特征在于，包括：