多鏈板條激光相干控制共孔徑偏振合成裝置制造方法及圖紙

本實用新型專利技術涉及一種多鏈板條激光相干控制共孔徑偏振合成裝置。該裝置的種子源（1）、預放模塊（2）、分束器陣列（3）、相位調(diào)制器（4）、一級放大模塊（5）、隔離器陣列（6）、板條放大器模塊（7）、單元光束凈化模塊（8）、合成模塊（9）、合成后光束凈化模塊（10）、合成光束處理模塊（11）順序連接，信號處理模塊（13）連接相位調(diào)制器（4），光電探測模塊（12）連接合成后光束凈化模塊（10），并且信號處理模塊與光電探測模塊連接。該裝置利用相干控制共孔徑偏振合成技術，避免傳統(tǒng)相干合成能量向旁斑分散的問題，實現(xiàn)高平均亮度、共孔徑激光輸出。包含單元光束凈化技術、鎖相技術、共孔徑偏振控制技術。合成路數(shù)可以拓展到多路。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現(xiàn)步驟摘要】

多鏈板條激光相干控制共孔徑偏振合成裝置
本專利技術涉及強激光
，特別是多鏈板條激光相干控制共孔徑偏振合成方法。
技術介紹
隨著半導體激光技術的快速發(fā)展和半導體激光器件性能的大幅提升，全固態(tài)激光器取得了顯著的發(fā)展，并衍生出圓棒激光器、板條激光器、薄片激光器、光纖激光器、熱容激光器等不同結構的激光器。由于受穩(wěn)定性、熱效應、激光介質(zhì)本身特性等因素的限制，單臺全固態(tài)激光器很難獲得百千瓦的激光輸出。將多路中等功率激光進行相干合成是一種解決上述瓶頸的有效方法。美國Northrop Grumman公司的研究人員理論分析表明，光纖激光器和板條激光器可以以較為方便的熱管理實現(xiàn)百千瓦高功率激光輸出。2009年，該公司研究人員以光纖激光作為種子源，利用主動相位控制實現(xiàn)了 7路萬瓦級板條激光器相干合成，輸出功率達105. 5kW。這是迄今為止全固態(tài)激光的最高平均輸出功率，在強激光
具有里程碑的意義。但是，傳統(tǒng)的相干合成方案大都基于孔徑拼接技術，導致遠場能量向旁斑分散，降低了合成光束的光束質(zhì)量和能量集中度。以Northrop Grumman公司105. 5kW 合成方案為例，隨著合成路數(shù)的增加，合成光束主瓣內(nèi)的功率占總功率的比例越來越少， 105. 5kW激光主瓣功率僅占總功率的11%，其亮度與一臺12kW單模光纖激光器的亮度并無差異。如何進一步提高合成光束的亮度，是研究者一直探索的問題。同時利用相干合成技術和孔徑填充技術，將各路中等功率的激光合成為一束激光輸出，是全固態(tài)激光器實現(xiàn)高功率和高光束質(zhì)量的可行途徑之一。利用相干合成技術實現(xiàn)百千瓦的技術難點在于單路功率提升、路數(shù)擴展、光束質(zhì)量的改善。板條激光器的輸出功率已達萬瓦級以上，并且其輸出光束特性滿足相干合成的需要，因此引起了國內(nèi)外研究者的廣泛關注。但是，目前板條激光器的輸出光束有其不足之處，主要體現(xiàn)在(1)由于熱效應等因素的影響，單個板條激光器的光束質(zhì)量有待于進一步改善；(2)合成光束沒有進行孔徑填充,合成光斑在近場存在一定的占空比，導致遠場能量向旁斑分散，因此合成后光束的光束質(zhì)量需要進一步提升。基于上述因素的考慮，本專利技術綜合單元光束凈化技術，設計了一種基于多鏈路板條固體激光放大器，利用相干控制共孔徑偏振合成技術，實現(xiàn)高平均亮度、共孔徑激光輸出的新穎技術方案。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術基于主振蕩功率放大結構(ΜΟΡΑ),利用單元光束凈化系統(tǒng)對放大后各路光束的波前進行凈化，利用相干控制共孔徑偏振合成技術，避免傳統(tǒng)相干合成能量向旁斑分散的問題，實現(xiàn)高平均亮度、共孔徑激光輸出。本專利技術的技術解決方案是整個裝置包括種子源I、預放模塊2、分束器陣列3、相位調(diào)制器4、一級放大模塊5、隔離器陣列6、板條放大器模塊7、單兀光束凈化模塊8、合成模塊9、合成后光束凈化模塊10、合成光束處理模塊11、光電探測模塊12、信號處理模塊13，其中，種子源I、預放模塊2、 分束器陣列3、相位調(diào)制器4、一級放大模塊5、隔離器陣列6、板條放大器模塊7、單元光束凈化模塊8、合成模塊9、合成后光束凈化模塊10、合成光束處理模塊11順序連接，信號處理模塊13連接相位調(diào)制器4，光電探測模塊12連接合成后光束凈化模塊10，并且信號處理模塊 13與光電探測模塊12連接。本專利技術的實現(xiàn)過程如下激光種子源I輸出的光通過預放模塊2進行放大，然后進入分束器陣列3后分為N 束；從分束器陣列3出來的光經(jīng)過相位調(diào)制器4進入一級放大模塊5 ;各路光束經(jīng)過一級放大模塊5放大后進入隔離器陣列6，隨后注入板條放大器模塊7 ;板條放大器模塊7對各路光束進行多級放大，使得各路光功率達到所需要求；從板條放大器模塊7出來的光束進入單元光束波前凈化模塊8校正各路激光束由于熱效應等因素引起的波前畸變；對每路光束進行凈化后進入光束合成模塊9將參與合成的光束合成為一束激光輸出。合成后的光束經(jīng)過光束凈化模塊10進行二次凈化以校正溫度、合成模塊等引起的波前畸變；合成光束經(jīng)過凈化后進過合成光束處理模塊11，用于探測輸出光的功率、光斑分布、光束質(zhì)量等；很小部分光經(jīng)過光電探測模塊12將光信號轉變?yōu)殡娦盘栠M入信號處理模塊13 ;信號處理模塊13 對光電探測模塊12提供的輸入信號進行處理，將相位控制信號輸送到相位調(diào)制模塊4對每一路光束的相位進行調(diào)制，實現(xiàn)整個系統(tǒng)的閉環(huán)控制。光電探測模塊12、信號處理模塊13 和相位調(diào)制模塊4綜合作用對各路光束的相位差進行控制，使得整個系統(tǒng)實現(xiàn)高效率的穩(wěn)定輸出。本方法包含單元光束凈化技術、鎖相技術、共孔徑偏振控制技術；本方法放大部分采用板條激光器，前級預放和一級放大部分采用光纖激光器；主動相位控制方法可以是單抖動法或SPGD法；本方法的合成路數(shù)可以拓展到多路。所述的激光種子源I為一個窄線寬激光器，可以是光纖激光器或固體激光器；所述的預放模塊2對種子源光束進行放大，所用放大器為光纖放大器；所述的分束器陣列3把預放模塊2輸出的光束分成N束，所用分束器是光纖分束器；所述的相位調(diào)制器模塊4根據(jù)信號處理模塊13施加的相位調(diào)制信號對各路光束之間的相位差進行控制，所用相位調(diào)制器可以是LiNbO3或壓電陶瓷相位調(diào)制器；隔離器陣列6是法拉第旋光片等隔離器件，防止回光打壞前級器件；板條放大器模塊7對各路光束進行放大，其內(nèi)部是多級放大結構，而且可包含光束整形系統(tǒng)；光在板條放大器中可以是單次放大，也可以是多次反復放大；以上所述系統(tǒng)結構中的種子源I、預放模塊2、分束器陣列3、相位調(diào)制器4、一級放大模塊5、隔離器陣列6、板條放大器模塊7均具有偏振保持功能。 單元光束凈化模塊8對放大后的各路光束進行凈化，校正由于熱等弓I起的波前畸變；其實現(xiàn)方法與傳統(tǒng)的方法相同；其具體實現(xiàn)方式有多種，比如SPGD法，模擬退火算法等；合成模塊9利用相干控制共孔徑偏振合成原理將各路凈化后的光束合成為一束；10為合成后光束凈化模塊，用于對合成后的光束進行波前優(yōu)化；經(jīng)過10后，合成后光束進入合成光束處理模塊11用于探測合成光束的功率、光斑分布、光束質(zhì)量等，很少部分光進入光電探測模塊12 ;光電探測模塊12將合成后的光強信號轉變?yōu)殡妷盒盘枺恍盘柼幚砟K13 將光電探測模塊12提供的電壓信號經(jīng)過處理之后轉變?yōu)橄辔徽{(diào)制器模塊4的控制信號；在 Northrop Grumman公司百千瓦強激光系統(tǒng)中，其使用的信號處理算法是多抖動法，我們的設計方案中將使用單頻抖動法、SPGD法等優(yōu)化算法進行鎖相控制。在本專利技術方案中，合成模塊9和信號處理模塊13是保護的核心內(nèi)容。本專利技術包含以下技術效果I、本專利技術提供了一種實現(xiàn)高功率、高穩(wěn)定性、高光束質(zhì)量激光輸出的方法；此方法包含三項核心技術單兀光束凈化技術、鎖相技術、共孔徑偏振控制技術；2、本專利技術提供的主放大部分采用板條激光器，前級預放和一級放大部分采用光纖激光器；3、主動相位控制方法可以是單抖動法、SP⑶法等；4、本方法的合成路數(shù)可以拓展到多路。附圖說明圖I為本專利技術的系統(tǒng)結構原理示意圖，圖2為八路板條放大器相干控制共孔徑偏振合成示意圖，圖3為圖2中分束模塊內(nèi)部結構示意圖。具體實施方式圖I中，I是種子源、2為預放模塊、3是分束器陣列、4是相位調(diào)制器、5是一級放大模塊、6是隔離器陣列、7是板條放大器模塊、8是單元光束凈化模塊、9是合成模塊、10是合成后光束凈化本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
多鏈板條激光相干控制共孔徑偏振合成裝置，包括：種子源（1）預放模塊（2）、分束器陣列（3）、相位調(diào)制器（4）、一級放大模塊（5）、隔離器陣列（6）、板條放大器模塊（7）、單元光束凈化模塊（8）、合成模塊（9）、合成后光束凈化模塊（10）、合成光束處理模塊（11）、光電探測模塊（12）、信號處理模塊（13），其特征在于，種子源（1）、預放模塊（2）、分束器陣列（3）、相位調(diào)制器（4）、一級放大模塊（5）、隔離器陣列（6）、板條放大器模塊（7）、單元光束凈化模塊（8）、合成模塊（9）、合成后光束凈化模塊（10）、合成光束處理模塊（11）順序連接，信號處理模塊（13）連接相位調(diào)制器（4），光電探測模塊（12）連接合成后光束凈化模塊（10），并且信號處理模塊（13）與光電探測模塊（12）連接。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：劉澤金，許曉軍，周樸，馬鵬飛，馬閻星，王小林，粟榮濤，呂海斌，司磊，陳金寶，
申請(專利權)人：中國人民解放軍國防科學技術大學，
類型：實用新型
國別省市：