[发明专利]一种基于多抖动法的低重频光纤激光相干合成方法

说明书

本发明公开的一种基于多抖动法的低重频光纤激光相干合成方法，涉及应用于高功率脉冲激光远距离探测方法，属高功率激光探测技术领域。本发明通过自行设计的窗口滤波算法，实现了对掺杂在相位噪声中的脉冲信号噪声的有效滤除，解决了利用传统方法去除脉冲噪声时模糊信号细节信息的难题。采用该窗口滤波算法滤除脉冲后，进一步运用多抖动锁相算法实现了脉冲噪声频率(10kHz)与环境噪声频率(≤5kHz)处于同一量级的低重频脉冲光束相干合成。且具有相位校正次数少，锁相效果稳定的优点，在500ns时间内即可将两路脉冲信号光的相位差补偿到0。本发明可应用到生物医疗、精密机械加工、激光雷达等领域。

技术领域

本发明涉及一种低重复频率纳秒脉冲激光相干合成的方法，属于高功率激光探测技术领域。

背景技术

低重复频率纳秒脉冲光纤激光光源因其具有线宽窄、峰值功率高、光束质量好、柔性细长口径小、易于组束等许多独特优势，在光电探测、无人驾驶、空间碎片清理，以及激光雷达等领域被广泛应用。然而实现大功率脉冲光束相干合成的关键技术在于对光束相位的精确控制，即保证参与合成的脉冲激光同相输出。当前，实现大功率光纤脉冲激光相干合成主要采用基于MOPA结构的主动锁相方案，主要包括外差法、抖动法等。由于基于多抖动法相干合成只需要一个光电探测器，系统结构简单，控制带宽主要由处理电路的速度决定，被认为是获得高亮度激光的一种最有前途的方法。

在高重频脉冲光束相干合成系统中，采用多抖动算法进行相位补偿时，需要对各路参与相干合成的光束进行不同的频率标定，再通过带通滤波器或者低通滤波器提取出含有相位噪声的信号，在解调单元中通过相干检测的方法解调出误差信号，并反馈到相位调制器件中，实现各路激光相位的补偿。但是，对于低重频脉冲光(≤10kHz)脉冲激光相干合成时，采用定制截止频率固定的带阻滤波器，在去除脉冲噪声的同时也模糊了信号的细节信息，导致无法提取含有相位噪声的信号，不能实现低重频脉冲光束相干合成。分析其原因是由于脉冲重频与环境噪声同在一个数量级，光电探测器接收到的信号为小幅值相位噪声信号加上大幅值的脉冲噪声信号，滤波的同时会大幅降低本来幅值就低的相位噪声信号。因此，亟需一种自适应脉冲滤波方法在实现去除低重频脉冲噪声的同时，还能保护相位噪声信号的细节信息，进一步完成多路低重频脉冲光束相干合成。

发明内容

本发明公开的一种基于多抖动法的低重频光纤激光相干合成方法，要解决的技术问题是：实现掺杂在相位噪声中的低重频脉冲激光噪声的检测、识别、滤除，且能够自动适应脉冲噪声在放大过程中引起的幅值起伏变化，以及脉宽展宽变化特点，只对相位噪声污染点处理，不改变非污染信号点相位噪声的大小。不仅具有很好的低重频脉冲噪声去除能力，还能很好地保护相位噪声信号的细节信息，从而能够进一步利用多抖动锁相算法实现低重频脉冲激光相干合成。且具有相位校正次数少，锁相效果稳定的优点，在500ns时间内即可将两路脉冲信号光的相位差补偿到0。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

本发明公开的一种基于多抖动法的低重频光纤激光相干合成方法，通过自行设计的窗口滤波算法，可对环境相位噪声中的低重频脉冲噪声检测、识别、滤除的方法，滤除后的信号可直接用于多抖动法锁相。算法中先采用自行设计的窗口算法识别脉冲，再插值代替窗口内的脉冲信号群，从而实现对掺杂在相位噪声中的脉冲信号的有效滤除。由于该算法只对脉冲噪声污染点进行插值处理，不改变非污染点的相位噪声值，有效地保护了原有的相位噪声。利用该方法将掺杂在相位噪声中的脉冲噪声滤除后，进一步采用多抖动锁相算法成功地将2路低重频(10kHz)脉冲信号光实现闭环锁相相干合成，实现了低重频脉冲光高峰值功率、高能量集中度的相干合成。

本发明公开的一种低重频光纤激光相干合成方法，是基于MOPA结构实现锁相相干合成的，包括连续光纤激光器、连续光纤放大器、电光强度调制器、保偏隔离器、光纤分束器、任意波形发生器、相位调制器、主振荡功率放大器、光纤准直器、偏振分光棱镜、格兰棱镜、分光镜、孔径光阑、光电探测器、模数转换模块、算法执行单元、数模转换模块。