[发明专利]光纤激光阵列活塞相位与倾斜相位同步控制系统及方法

权利要求书

1.一种光纤激光阵列活塞相位与倾斜相位同步控制方法，其特征在于，包括搭建光纤激光阵列活塞相位与倾斜相位同步控制系统，所述光纤激光阵列活塞相位与倾斜相位同步控制系统包括种子激光器、激光分束器、光纤相位调制器、激光放大器、激光扩束准直器、自适应光纤准直器、分光镜、采样控制单元，采样控制单元包括激光缩束器、高速相机和图像采集及相位控制模块；

种子激光器输出种子激光；激光分束器为1×(N+1)阵列激光分束器，将种子激光分为N+1个子激光，其中N路子激光用于MOPA结构相干合成输出，1路子激光用作参考光；

光纤相位调制器有N个，激光分束器输出的N路子激光的N个输出端分别连接一个光纤相位调制器，N个光纤相位调制器分别用于锁定N路子激光的活塞相位；

激光放大器有N+1个，其中N个激光放大器连接在光纤相位调制器的输出端，对光纤相位调制器输出的子激光进行放大；激光分束器输出参考光的输出端连接一个激光放大器，对参考光进行放大，放大后的参考光输入到激光扩束准直器，用于参考光的扩束与准直，使得参考光的尺寸与高速相机的靶面尺寸相匹配；

自适应光纤准直器有N个，呈阵列排布，形成自适应光纤准直器阵列，输出光纤激光阵列；N束子激光对应的N个激光放大器之后均分别连接一个自适应光纤准直器，N个自适应光纤准直器分别用于锁定激光分束器输出的N束子激光的倾斜相位；

光纤激光阵列的光路上设置有分光镜，将光纤激光阵列的大部分功率反射到作用目标，并将小部分透射出的光纤激光阵列用于采样控制系统；参考光经激光扩束准直器后输入到高速相机，经分光镜透射出的光纤激光阵列经激光缩束器后也入射到高速相机，光纤激光阵列和参考光在高速相机的靶面处重合并发生干涉，高速相机捕获参考光与光纤激光阵列的干涉条纹图像；相位控制模块对高速相机输出的干涉条纹图像信息进行采集和处理；

在光纤激光阵列活塞相位与倾斜相位同步控制系统中，利用高速相机探测参考光与缩束后的光纤激光阵列在高速相机的靶面处重合并发生干涉后所产生的干涉条纹图像，将干涉条纹图像将干涉条纹按照光纤激光阵列中子光束进行光束分离，根据分离出的每一个子光束区域内条纹的分布情况，得到各单元光束的活塞相位误差和倾斜相位误差；根据计算得到的各单元光束的活塞相位误差和倾斜相位误差生成所述光纤激光阵列活塞相位与倾斜相位同步控制系统中各单元光束对应的相位调制器和自适应光纤准直器的控制信号，使得所有子激光的倾斜相位、活塞相位控制到分别与参考光的倾斜相位、活塞相位一致，驱动对应的相位调制器与自适应光纤准直器，实现倾斜相位与活塞相位的同步控制，其中根据分离出的每一个子光束区域内条纹的分布情况，得到各单元光束的活塞相位误差和倾斜相位误差的方法如下：

将每一个子光束区域内干涉条纹光斑的中心位置处分别沿x，y轴获取一维光强分布情况，第j个单元光束的x方向倾斜相位误差可由x方向条纹间距计算得出：

其中，δ_x,j为第j个单元光束对应的干涉条纹光斑的x方向条纹间距，k为激光光束的波矢，μ_ref为参考光束x方向倾斜相位，μ_j为第j个单元光束x方向倾斜相位；

第j个单元光束的y方向倾斜相位误差可由y方向条纹间距计算得出：

其中，δ_y,j为第j个单元光束对应的干涉条纹光斑的y方向条纹间距，ν_ref为参考光束y方向倾斜相位；

根据计算得到的第j个单元光束的x方向倾斜相位误差和y方向倾斜相位误差，结合干涉条纹极值的位置坐标，可计算第j个单元光束的活塞相位误差：

其中，x_max为x方向条纹极大值坐标，y_max为y方向条纹极大值坐标。

2.根据权利要求1所述的光纤激光阵列活塞相位与倾斜相位同步控制方法，其特征在于：激光缩束器包括一个大口径的长焦消球差凸透镜与一个小口径短焦消球差凸透镜，由两个透镜构成开普勒式望远镜系统，缩束比为两个透镜焦距之比，根据N个自适应光纤准直器阵列的外接圆直径与高速相机靶面尺寸的比值确定。

3.根据权利要求1所述的光纤激光阵列活塞相位与倾斜相位同步控制方法，其特征在于：用于参考光放大的激光放大器的输出功率可调，要求放大后的参考光与光纤激光阵列的探测光在高速相机靶面上功率密度相当，以生成衬比度高的干涉条纹图像。