光纤激光阵列自组织相干合成的性能研究

研究了基于倏逝波耦合的自组织相干合成激光阵列。应用静态本征模/超模理论推导阵列模式;通过数值方法考察阵列激光系统的动态特性进而分析输出功率的稳定性、阵列的扩展能力和阵列模式;并对两种方法得到的阵列模式进行了比较分析。结果表明:输出功率的稳定性以及输出功率的大小受阵列的锁相性能和阵元间的相位差影响;随着激光单元数目的增加,阵列总输出功率会非线性增大。通过跟踪各个阵元的相位变化并考察阵列模式的近场和远场特性,初步验证了37单元阵列的相干合成,随着阵元数目的增加,中心阵元与其邻近层阵元的振幅差会逐渐减小。     

光纤激光相干合成中倾斜和锁相同时控制的实验研究

光纤激光的相干合成是获得高能量密度、高光束质量激光输出的有效方法之一。在相干合成中,各个单元光束的倾斜波前畸变和活塞相位误差对合成的效果具有重要影响。搭建了两路光纤激光相干合成系统,利用光纤自适应准直器和相位调制器对相干合成中倾斜波前畸变和活塞相位误差进行校正。实验系统以高速相机采集的光斑数据作为评价依据,通过计算机程序进行控制,控制算法为随机并行梯度下降算法。在倾斜和锁相控制前,合成光斑的条纹对比度为0.03,桶中功率为8.03;在倾斜和锁相控制后,合成光斑的条纹对比度达到了0.59,桶中功率达到了32.89,说明实验中倾斜和锁相控制显著提高了相干合成的效果。     

基于偏振锁相的双光束相干合成

多路光束的相干合成是获得高功率、高亮度激光输出的有效途径.实验采用一种新型的偏振锁相技术,实现了对偏振方向相互垂直的两路光束的相位锁定和相干合成.研究表明该偏振锁相装置可将两束光的相位差锁定于0～2π之间的任意值且在较大振幅比情况下仍可获得大于90%的合束效率,是一种可定标放大的相干合成技术.     

角锥腔固体激光器相干特性的研究

多光束相干合成是获得高功率、高亮度激光输出的有效途径。首次采用倏逝波理论结合互注入特性揭示了角锥腔固体激光器远场输出为相干合成分布的机理,角锥腔对称部分的激光由于互注入实现锁相,相邻部分由于倏逝波耦合实现锁相,重点研究了固体激光器倏逝波耦合相干的特性。研究表明:锁相效果跟激光阵列排布方式有关,在相同的激光阵列排布方式时,腔长越长,占空比越大,则模式间耦合越强,锁相效果越好,越趋向于同相模输出。理论和实验证明了角锥是一个天然的相干合成元件,角锥多光束相干合成技术具有重要的科学价值。     

宽发光区二极管激光阵列的侧模简单研究

宽发光区二极管激光阵列的侧模分布十分复杂,很难将各阶侧模区分出进行单独研究。本文利用多光束相干合束理论给出了宽发光区二极管激光阵列相干合束远场分布的表达式,在此基础上获知远场光强分布的包络线由发光单元的侧模决定。从实验记录结果可以看出,利用外腔镜对宽发光区二极管激光阵列进行锁相,将某阶侧模锁定(其中基侧模最容易实现),抑制其他阶侧模,并获得相干合束的远场光强分布图。将理论分析结果与实验结果进行对比,能较好的吻合。结果表明,虽然LDA侧模结构复杂,较难分析,但可借助于宽发光区二极管激光阵列相干锁相分析侧模结构。所得结果表明利用宽发光区二极管激光阵列发光单元的侧模可以改善宽发光区二极管激光阵列光束质量。     

线阵光纤激光相干合成角度扫描控制方法研究

基于光的干涉理论,对多芯线阵光纤激光通过相干合成进行角度扫描的原理进行了研究。利用相干合成模型,用MATLAB分别对信号无噪声与含有随机相位噪声时的合成效果进行了数值仿真计算,分析了通过主动相位控制对合成光进行角度扫描的可行性;基于MOPA结构光纤激光线列搭建了相干合成角度扫描控制系统。通过实验验证了在多路光纤激光完成锁相后,若依次等比改变各芯激光的相位可以实现主极大条纹连续的角度扫描,扫描范围与模型中计算所得结果基本一致,实验结果与理论计算相符。该方法的探索研究对线列光纤激光的相干合成应用拓展有一定的指导意义。     

光纤激光阵列相干组束中位相检测方法的研究

针对光纤激光阵列相干组束中各路光束位相的检测,提出了一种基于快速傅里叶变换的位相检测方法.该方法不需对参考光进行频移,利用各路光束与参考光束间位相变化引起的条纹图移动实现位相检测.同时,为了减小傅里叶变换过程中由于能量泄漏引入的检相误差,提出了条纹图整周期裁剪的方法,用于克服能量泄漏的影响,可有效提高傅里叶变换法的检相精度.文中详述了位相检测的基本原理,分析了能量泄漏对傅里叶变换的影响,数值计算结果表明该方法的检相误差优于光波长的1/1000,从而为光纤激光阵列的高精度位相调节奠定了基础.     

基于光纤拉伸器锁相实现两路超快激光相干偏振合成EI北大核心CSCD

超快光纤激光相干合成技术是突破飞秒激光单根光纤功率提升受限的有效技术手段。基于光纤拉伸器锁相,并结合随机并行梯度下降(SPGD)算法,成功实现了两路超快激光相干偏振合成。该锁相方案不仅避免了采用常规电光相位调制器对脉冲信号造成的光谱调制,而且可有效降低系统的插入损耗,提高相位调制范围、耐受功率以及前级光源系统的紧凑性与鲁棒性。合成的最高功率为10.9 W,最高功率下合成效率为90.1%,闭环状态下锁相残差为λ/31。实验结果表明,采用光纤拉伸器和SPGD算法组成的相位控制系统,在超快激光相干合成领域具有较强的发展潜力。合成的脉冲在最高功率下可压缩至494 fs,压缩效率为73.3%,对应的单脉冲能量为3.99μJ。     

基于注频锁相技术的发射波束形成系统

研究了利用注频锁相技术实现低成本、高集成度、高效率的发射波束形成系统。首先介绍了发射波束形成的原理,并研究了注频锁相振荡器相位系统平衡点的稳定性,根据注频锁相振荡器的相位噪声理论给出了注频锁相振荡器阵列的设计原则,然后根据理论分析设计了一种可以产生高稳定度、低相位噪声具有任意相位加权系数的多通道射频相干信号的波束形成系统,利用计算机仿真该系统实现了发射波束扫描,证明了基于注频锁相技术的发射波束形成系统的可实现性。最后搭建了四通道注频锁相振荡器阵列,测量结果表明注频锁相振荡器阵列可以产生具有任意相位加权系统的多通道相干信号,进一步证明了该发射波束形成系统的有效性。     

上海光机所光纤激光二维阵列实现26W相干耦合激光输出

近日,中国科学院上海光机所先进激光技术与应用系统实验室采用4束光纤激光构成二维阵列通过共用外腔技术,成功实现了4束二维光纤激光器阵列的位相锁定,观测到稳定、清晰的相干阵列光斑图样,获得了26W的相干耦合激光输出。这是继单根光纤激光突破千瓦和成功实现两束光纤激光相干合成以来,在高功率光纤激光领域的又一重要突破。     

一种基于温度和PZT双控制的光锁相技术研究

对空间相干光通信系统进行了简单描述,对相干光锁相环(OPLL)技术进行了详细的分析,提出了一种基于激光器温度控制和PZT腔长控制的激光锁相技术。该技术集双重控制体系于一体,和传统OPLL相比,具有更快的频率扫描速度、更高的相位灵敏度。实验证明,该技术在空间相干光通信解调中大大地提高了系统效率。     

激光相干合成的研究进展:2011—2020

本文回顾了过去10年激光相干合成领域取得的重要进展,总结了可合成激光模块性能提升的标志性成果,梳理了相干合成使能技术取得的重要突破,展示了不同类型激光相干合成取得的成果及其多样化应用,并对激光相干合成领域的发展进行了展望。     

拉曼激光光学锁相环参数设计及仿真

光学锁相环（Optical Phase-locked Loop,OPLL）技术是实现激光相位相干的有效方法。鉴于环路滤波器参数直接影响光学锁相环系统的整体性能,提出了一种二阶无源环路滤波器参数的优化方法。首先,根据相角裕度定义及系统开环传递函数的数学模型,推导出环路滤波器参数设计的公式,并设计了一种基于MATLAB的参数优化算法。然后,为精确地设计拉曼激光光学锁相环参数,设计了消多普勒饱和吸收谱实验,并对激光器的压电陶瓷端口反馈增益参数进行测量。在锁相环闭环控制系统性能仿真中,得到了单位阶跃响应的超调量为6.53%,调节时间为0.584s。最后,对拉曼激光光学锁相环各个模块进行Simulink建模并仿真,仿真结果表明锁相环能够实现对拉曼光相位锁定且锁定时间为2s,因此,验证了锁相环参数设计方法的正确性。在工程应用中,为光学锁相环的参数设计提供了重要参考价值。     

基于再生锁模系统的低相噪微波源

采用再生锁模光纤激光器作为高质量微波源的振荡级,产生了高质量的微波信号。为了保证振荡环路的稳定性,采用了锁相技术和腔长控制;采用"单模光纤(SMF)+法拉第旋光镜(FRM)"的结构代替了全保偏光纤,在腔内存在偏振扰动的情况下保证了系统稳定并降低了系统成本;在光生微波环路中加入了半导体光放大器(SOA),有效地提高了边模抑制比。最后,获得了的相位噪声为-98dBc/Hz(@10kHz)、线宽小于5Hz的20GHz微波信号。在10h的观测时间内,频率漂移小于2Hz,频率长期稳定性优于1×10-10。     

激光测高仪中飞行时间的高精度测量方法的研究

激光测高仪是测量激光脉冲的飞行时间来获得测高仪与探测目标之间的距离,因此激光飞行时间测量的准确性是衡量其系统能力的根本指标.文中阐述了时间间隔高精度测量技术及其最新进展.介绍了传统的测量时间间隔的方法的不足,引入了插入法.并采用粗测和精测相结合的方法来满足大范围、高精度的测量需求.文中详细介绍了模拟插入法、Vernier法、延时线法以及时间数字转换法在FPGA新技术中的应用.     

基于信号发生卡的激光编码技术研究

针对目前主要的激光制导信号编码方式,研究基于通用信号发生卡产生特定编码的实现方法。通过研究编码的特点,设计激光编码控制程序,成功实现了精确频率码、脉冲调制码和任意时间码三种主要编码方式的产生。最后,设计了激光编码测试试验,通过激光编码控制程序以外触发方式对激光脉冲进行调制,使目标激光器按照要求输出了特定编码的激光信号。结果表明,本方法产生的激光编码波形稳定,性能优良,可应用性较强。该技术已成功应用到激光制导半实物仿真试验系统中。     

利用外差法对激光相干合成技术中相位的研究与实现

系统采用并联主振荡-功率放大的相干合成方案,实现光纤激光器的相干合成.外差法是通过实时探测和校正光路中相位的变化,从而使整个系统达到锁相输出的目的.主振荡激光器的波长为1064 nm,输出功率0-100 mW连续可调,光纤相位调制器采用铌酸锂相位调制器.声光移频器的移频量为70 MHz,精度可优于/λ20,相干合成效率≥80%,整个光路为全保偏光路.相位调制器实时控制2路信号的相位差,从而实现整个实验系统的相干合成输出.系统实现闭环控制后,2路光纤放大器的相位差为2π的整数倍,输出光强始终保持最强.该相干合成方案简单易行,性能稳定.     

光学锁相环的研究进展

光学锁相环（OPLL）根据其锁定的两束激光间是否存在频差可分为零差光学锁相环和外差光学锁相环。主要介绍了外差光学锁相环的研究进展,它是一种通过鉴频鉴相方式使激光间的频率差保持相对稳定的偏频锁定方法。相较于其他激光偏频锁定方法,光学锁相环具有结构简单、伺服频率带宽大、频率偏置范围宽、锁定准确度高等优势,在原子相干、冷原子系统、相干功率合成以及外差干涉测量等领域都得到了越来越广泛的应用。首先介绍了激光偏频锁定的主要方法及光学锁相环的特点;其次介绍了光学锁相环的基本模型,分析了光学锁相环的误差反馈过程,并按照光学锁相环实现方法的不同详细介绍了其采用的关键技术和研究进展,对近年来光学锁相环在不同领域的应用进展做了简要介绍;最后对该方法的发展路线进行了总结和展望。     

激光随机位相噪声对光纤传感系统的影响

详细分析计算了 n路并行传感器系统的输出功率谱 ,发现系统的噪声主要由激光器的随机位相噪声所决定。噪声级主要由激光相干时间 Tc决定。理论计算与实验结果完全一致。     

原子干涉仪中激光频率和光强控制系统的设计

为了对铯原子外态干涉仪的激光束精密控制,设计了一套适用于多种需求的激光频率和光强控制系统。该系统基于声光调制器,并集成了激光移频、光强稳定和光强调制等功能。首先,根据原子干涉仪的原理,提出对激光的要求和指标。接着,按照提出的要求设计了集成锁相频率合成器等硬件电路系统和LabVIEW软件控制系统。最后,对所开发的系统进行了实验测试。实验结果表明:系统的移频范围可控制在100~200MHz;光强稳定性好,采用稳光系统后输出光强的波动减小为2%。设计的这套系统功能齐全,可靠有效,实现预期目标,满足原子干涉仪对光学系统的要求。另外此系统还可以应用到其他需要系统中,比如原子钟、原子干涉重力梯度仪等。