57孔径光纤激光相控阵自适应光学系统实现经2km大气传输的目标在回路相干合成

当前,光纤相控阵体制的激光相干合成技术在合成路数和合成功率方面都取得了突破,根据公开文献报道,最多合成路数和最高合成功率已分别达到107路和20 kW。但是,该技术离实际的激光传输应用还有一定差距,必须要解决等效大口径问题、共形发射问题、湍流补偿问题以及实现轻量化和低成本的问题。光纤激光相控阵自适应光学(AO)系统通过对子孔径波前活塞和倾斜相位的主动操控和闭环补偿有望解决以上问题,实现阵列激光的高效传输及其在目标处的相干合成,是近期该领域的研究热点。

19孔径光纤阵列激光经2km湍流传输实现目标在回路的相干合成

光纤相控阵体制的激光相干合成在获取高亮度、高光束质量激光源的同时,兼具等效大口径发射及自适应光学校正能力,在体积、重量和功耗等方面相较于单一大口径光学系统更具优势,受到了越来越多的关注。当前,光纤激光相干合成技术在甚多单元合成和高功率合成方面都取得了突破,据公开文献报道,最高合成路数和最大合成功率已分别超过100路和10 k W。

光纤激光阵列目标在回路自适应光学系统的数值模拟

研究了光纤激光阵列目标在回路自适应光学系统在实际大气环境中的传输。从光纤激光阵列、激光在大气中的传输、目标和优化算法四个方面,建立了光纤激光阵列目标在回路自适应光学系统的理论模型。在不同强度大气湍流下,对系统补偿大气湍流影响的效果进行了研究,并对系统控制参数优化进行了简单探讨。结果表明,目标在回路闭环控制结构能够有效补偿大气湍流引起的能量扩散,使目标靶面能量集中度提高,在强湍流情况下,可使目标光斑的平均半径收敛9%;该结构的传输性能受大气湍流强度的影响,大气湍流强度增强,系统的控制效果减弱;控制算法收敛速率受参数设置的影响,实际应用中需进行优化;探测器的信噪比(SNR)对于系统的闭环控制性能也有一定影响。

目标在回路光纤激光阵列自适应锁相技术研究

对目标在回路(TIL)光纤激光阵列自适应锁相技术开展了理论与实验研究。介绍了目标在回路自适应锁相光纤激光阵列的基本结构和单抖动法的基本原理。搭建了两路高功率光纤放大器,利用信号处理器执行单抖动算法,实时控制光束的相位,实现了两路10 W级光纤放大器的目标在回路自适应相位锁定。实验结果表明,目标在回路自适应锁相光学系统能够有效控制光纤激光的相位噪声,实现阵列光束的相位锁定,光斑对比度可提高到73%。

基于目标在回路的三路光纤传输激光相干合成实验

实验验证了一种利用目标回光在远场实现相干合成的技术—目标在回路技术.建立了目标在回路相干合成的物理模型,利用可同时调整光程和光束倾斜的自适应光纤光源准直器,同时补偿合成光光束间的平移和倾斜相差,实现了基干目标在回路的三路光纤传输激光间相干合成,获得了接近理想情况的合成效果,文章为在实际大气环境中实现多路相干组束的长距离传输提供了参考.

光纤激光相干合成研究进展

近年来,以激光大气传输为应用背景的光束相干合成技术被广泛研究,而关于该项技术在空间光通信中的应用研究却不多。事实上,基于光束相干合成的多孔径接收天线结构可有效缓解大气湍流影响,提高空间激光通信系统的性能。本论文简要介绍了中国科学院自适应光学重点实验室面向激光大气传输应用的激光组束传输与湍流校正技术研究近况;重点介绍关于多孔径接收空间光通信系统中的光纤相干合成研究进展,主要包括基于3 dB光纤耦合器的相干合成和基于光纤偏振合束器的相干偏振合成两种方法,在空间光通信系统中具有极大的潜在应用。

光学相控阵技术发展概述

截至目前,光学相控阵技术已经发展了70多年,针对不同的应用方向,发展出了液晶、MEMS、光波导、相干合成等多种器件和技术方案,在激光雷达、空间光通信、高亮度激光产生、合成孔径探测等应用领域获得了初步应用。光学相控阵技术通过对光束阵列中单元光束相位的控制,从而实现阵列光束等相面的重构或精密调控,具有系统体积质量小、响应速度快、光束质量好等优点。首先介绍了光学相控阵的工作原理,然后从激光发射和远距离成像两方面对几种主流相控阵技术的发展现状、应用方向及发展趋势进行了综述,最后给出了笔者的一些思考与建议。

公里级湍流大气环境下光纤激光高效相干合成

光纤激光阵列光束相干合成可在提升输出激光总功率的同时保持良好的光束质量,进而提升激光亮度,是激光技术领域的研究热点。目前光纤激光相干合成实验已在实验室内获得了大量、良好的验证,然而在真实湍流大气环境下的长距离传输实验却开展较少,相干合成技术对湍流大气引入的相位畸变的校正能力尚需实验验证。目标在回路技术是实现长距离湍流大气环境下阵列光束到靶相干合成的重要方案,是近年来国际上的重点研究方向。基于自适应光纤准直器阵列和共形发射系统,搭建了6路光纤激光目标在回路相干合成系统,成功校正了湍流大气带来的相位畸变,实现了公里级作用距离、湍流大气环境下阵列光束在目标表面的相干合成。

多单元光纤激光阵列的倾斜控制实验研究

本文结合光纤激光阵列技术的发展趋势,介绍一种基于大模场面积光纤的自适应光纤光源准直器的研制进展,搭建七单元光纤激光阵列,进行平行发射体系下阵列间的倾斜控制实验,并初步探索了基于目标在回路的共形发射体系下阵列间的倾斜控制.最后,在三级全光纤放大链路的主振荡-功率放大系统中,完成了两路10W量级光纤激光阵列的倾斜控制及锁相.为在实际大气环境下应用光纤激光阵列技术提供了参考.