全光纤激光相控阵系统及其相位控制方法与流程

技术特征：
1.一种全光纤激光相控阵系统，其特征在于：种子激光源、1
×
n激光分束/合束器、相位调制器、激光放大器、2
×
2光纤耦合器、光纤端帽、激光准直镜、空间光相位调制器、光电探测器、相位控制模块、探测光源和波分复用器；种子激光源用于出射波长为λ1的种子光，种子激光源与第一1
×
n激光分束/合束器的第一输端口连接，被分为n路子激光，第一1
×
n激光分束/合束器的第i个第二输端口之后的光路上依次连接第i个第一相位调制器、第i个激光放大器和第i个2
×
2光纤耦合器，其中第i个激光放大器与第i个2
×
2光纤耦合器的第一端口连接，第i个2
×
2光纤耦合器的第二端口连接第i个光纤端帽，第i个光纤端帽连接第i个激光准直镜，其中i＝1，2，
…
，n；探测光源用于出射波长为λ2的探测光，探测光源连接在第一波分复用器的第三端口连接，第一波分复用器的第二端口与第三光电探测器连接，第三光电探测器连接第三相位控制模块，第三相位控制模块控制连接n个第一相位调制器；第一波分复用器的第一端口与第二1
×
n激光分束/合束器的第一端口连接；第二1
×
n激光分束/合束器的第i个第二端口对应连接第i个第二相位调制器,第i个第二相位调制器连接第i个2
×
2光纤耦合器的第三端口；第i个2
×
2光纤耦合器的第四端口连接第i个第三相位调制器，第i个第三个相位调制器分别对应连接第三1
×
n激光分束/合束器的第i个第二端口，第三1
×
n激光分束/合束器的第一端口连接第二波分复用器的第一端口，第二波分复用器的第二端口与第一光电探测器连接；第二波分复用器的第三端口与第二光电探测器连接。第一光电探测器连接第一相位控制模块，第一相位控制模块控制连接n个第三相位调制器；第二光电探测器连接第二相位控制模块，第二相位控制模块控制连接n个第二相位调制器。2.根据权利要求1所述的全光纤激光相控阵系统，其特征在于：所述2
×
2光纤耦合器，当激光从2
×
2光纤耦合器的第一端口输入时，大部分功率的激光从2
×
2光纤耦合器的第二端口输出，其他小部分功率的激光从2
×
2光纤耦合器的第四端口输出；当激光从2
×
2光纤耦合器的第三端口输入时，大部分功率的激光从2
×
2光纤耦合器的第四端口输出；当激光从2
×
2光纤耦合器的第二端口输入时，大部分功率的激光从2
×
2光纤耦合器的第三端口输出。3.根据权利要求1或2所述的全光纤激光相控阵系统，其特征在于：所述波分复用器用于将不同波长的两束激光合为一束，或者将一束激光的按照不同波长成分分开。4.根据权利要求3所述的全光纤激光相控阵系统，其特征在于：经光纤入射到第i个光纤端帽的激光，其中>99％的功率的激光经第i个光纤端帽输出到第i个激光准直镜，其余<1％的功率的激光经第i个光纤端帽反射回光纤中。5.根据权利要求1、2或4所述的全光纤激光相控阵系统，其特征在于：还包括n个空间光相位调制器，第i个激光准直器对应连接第i个空间光相位调制器，所述第i个空间光相位调制器用于对第i个激光准直器输出的激光施加固定的相位φ
i
。6.根据权利要求5所述的全光纤激光相控阵系统，其特征在于：所述第一相位控制模块、第二相位控制模块以及第三相位控制模块均预先加载有优化算法，通过优化算法产生相位控制信号并输出到对应的相位调制器。7.根据权利要求6所述的全光纤激光相控阵系统，其特征在于：第一光电探测器产生的
电信号输入到第一相位控制模块，第一相位控制模块上的优化算法产生相位控制信号并输出到对应的第三相位调制器，调整由第三1
×
n激光分束/合束器合束的各路子激光的活塞相位，使第一光电探测器探测到的信号稳定到最大值；第二光电探测器产生的电信号输入到第二相位控制模块，第二相位控制模块上的优化算法产生相位控制信号并输出到对应的第二相位调制器，调整由第三1
×
n激光分束/合束器合束的各路激光的活塞相位，使第二光电探测器探测到的信号稳定到最大值；第三光电探测器产生的电信号输入到第三相位控制模块，第三相位控制模块上的优化算法产生相位控制信号并输出到对应的第一相位调制器，调整由第二1
×
n激光分束/合束器合束的各路激光的活塞相位，使第三光电探测器探测到的信号稳定到最大值。8.一种如权利要求1所述全光纤激光相控阵系统的相位控制方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)开启第一相位控制模块，使第一光电探测器探测到的信号稳定到最大值，此时种子激光源发出的激光，经过第一1
×
n激光分束/合束器分束，再由第三1
×
n激光分束/合束器合束的各路子激光的相位保持一致，即满足如下关系式：ψ
1a
ψ
1d
＝ψ
2a
ψ
2d
＝
…
＝ψ
na
ψ
nd
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)其中，ψ
ia
表示第i个第一1
×
n激光分束/合束器的第二端口到第i个2
×
2光纤耦合器第一端口之间的相位；ψ
id
表示第i个第三1
×
n激光分束/合束器的第二端口到第i个2
×
2光纤耦合器的第四端口之间的相位；(2)开启第二相位控制模块，使第二光电探测器探测到的信号稳定到最大值，此时探测光源发出的探测光，经过第二1
×
n激光分束/合束器分束，再由第三1
×
n激光分束/合束器合束的各路激光的相位保持一致，即满足如下关系式：ψ
1c
ψ
1d
＝ψ
2c
ψ
2d
＝
…
＝ψ
nc
ψ
nd
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)其中，ψ
ic
表示第i个第二1
×
n激光分束/合束器的第二端口到第i个2
×
2光纤耦合器的第三端口之间的相位；(3)开启第三相位控制模块，使第三光电探测器探测到的信号稳定到最大值，此时种子激光源发出的激光，经过各光纤端帽反射，再由第二1
×
n激光分束/合束器合束的各路激光的相位保持一致，即满足如下关系式：ψ
1a
2ψ
1b
ψ
1c
＝ψ
2a
2ψ
2b
ψ
2c
＝
…
＝ψ
na
2ψ
nb
ψ
nc
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)其中，ψ
ib
表示第i个2
×
2光纤耦合器205第2端口到第i个光纤端帽206输出端之间的相位；将公式(1)、公式(2)和公式(3)相加，可得到如下结果：ψ
1a
ψ
1b
＝ψ
2a
ψ
2b
＝
…
＝ψ
na
ψ
nb
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)公式(4)表示种子激光源发出的激光，经过功率放大，由n个光纤端帽输出的n路激光彼此间的相位相同，实现了输出激光的相位锁定。9.根据权利要求8所述相位控制方法，其特征在于，所述第一相位控制模块、第二相位控制模块以及第三相位控制模块均预先加载有优化算法；步骤(1)中，第一光电探测器产生的电信号输入到第一相位控制模块，第一相位控制模块上的优化算法产生相位控制信号并输出到对应的第三相位调制器，调整由第三1
×
n激光分束/合束器合束的各路子激光的活塞相位，使第一光电探测器探测到的信号稳定到最大
值；步骤(2)中，第二光电探测器产生的电信号输入到第二相位控制模块，第二相位控制模块上的优化算法产生相位控制信号并输出到对应的第二相位调制器，调整由第三1
×
n激光分束/合束器合束的各路激光的活塞相位，使第二光电探测器探测到的信号稳定到最大值；步骤(3)中，第三光电探测器产生的电信号输入到第三相位控制模块，第三相位控制模块上的优化算法产生相位控制信号并输出到对应的第一相位调制器，调整由第二1
×
n激光分束/合束器合束的各路激光的活塞相位，使第三光电探测器探测到的信号稳定到最大值。10.根据权利要求9所述相位控制方法，其特征在于，还包括步骤(4)，第i个激光准直器对应连接第i个空间光相位调制器，利用第i个空间光相位调制器对第i个激光准直器输出的激光施加固定的相位φ
i
，使经各空间光相位调制器输出的各路激光的相位为φ
i
，从而实现对阵列光束的相位调控。

技术总结
全光纤激光相控阵系统及其相位控制方法，包括种子激光源、1


技术研发人员：粟荣涛 常洪祥 龙金虎 蒋敏 张雨秋 周朴 马阎星 马鹏飞 吴坚 李灿 姜曼 司磊 许晓军 陈金宝
受保护的技术使用者：中国人民解放军国防科技大学
技术研发日：2021.09.30
技术公布日：2022/1/6