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.     

主动相位控制光纤激光相干合成的研究

介绍了三种主动相位控制光纤激光相干合成方案,并分别利用这三种方案实现了3路瓦量级光纤放大器的相干合成.根据理论分析和实验研究的结果,对三种方案各自的优缺点进行了比较分析.对光纤激光相干合成在工程实际中面临的一些共性因素的影响进行了简单讨论.     

光纤激光阵列相干合束的研究

相干合束是获得高功率、高光束质量激光的一种重要方法。为了分析光纤激光合束的特点,通过对相干合束不同传输距离光强分布特点的模拟对比,研究了光纤激光阵列结构、相位随机抖动、光纤间距、传输距离等因素对相干合成的影响,分析了相干合成时桶中功率随传输距离的变化。结果表明,相干合成时,不同光纤激光阵列结构在传输距离较近位置光强分布差别很大;随着传输距离增加,光强分布基本都接近高斯分布;轴上点光强分布极大值个数和阵列结构环数紧密联系;各光束之间的随机相位差越小,相干合成效果越好。这些结果对光纤激光相干和束的实验研究有一定的参考价值。     

激光相干合成的研究进展

基于相干合成的新型高能激光体系结构是高能激光技术发展的重要方向.报道利用主动相位控制和自组织相干实现多路光纤放大器以及光纤-板条混合放大链路相干合成的最新实验结果.     

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。     

孔径填充——光纤激光阵列相干合成中的关键技术

光纤激光相干合成能够获得高功率、高光束质量的光束输出。目前国内对于相干合成技术的研究集中于各路激光的相位控制,即光束如何相干。而相干光束的合成,即如何提高相干激光阵列的填充因子,作为影响相干合成光束质量的一个重要因素,则较少受到关注。为了保证相干合成激光的光束质量,需辅以相应的孔径填充技术尽可能增大激光阵列的填充因子。跟踪国外近年来发展的孔径填充技术,如幅相转换、自成像波导、光束整形、衍射光学法、光束截断法等,并对每一种技术加以分析和评判。结果表明,光束截断法不需要复杂的光学设计,实施起来最为简单有效,有可能最终用于多路大功率光纤激光的合成。     

光纤激光相干合成与非相干合成的比较

对多路光纤激光输出光束进行合成是获得高功率、高光束质量的输出的有效方法.为了比较不同合成方案的远场效果,对聚焦发射的相干合成和非相干合成光束远场分布进行数值计算,从控制相位误差、光束抖动和阵列占空比等三方面对这两种方案的远场特性进行比较研究.计算结果表明,与非相干合成相比,相干合成能够在远场获得更高的能量集中度,但会受到光束抖动和阵列占空比的严重影响.和通常考虑的平行发射相比,聚焦发射体制对相干合成时相位误差的要求宽松了很多,相位误差均方根(RMS)为π/3时,半径为5.6 cm的圆桶内汇聚的能量仍大于完全相干合成情形下的90%.     

基于能动分块反射镜的七路激光阵列倾斜校正与相干合成实验研究

提出了一种基于能动分块反射镜(ASM)的激光阵列相位控制新方法,用以解决激光主振荡功率放大(MOPA)器相干合成技术中的空间光束倾斜校准与输出端相位调制两大关键问题。介绍了7单元能动分块反射镜实现空间光调制的原理,并采用该器件成功验证了7路光束合成的方案。实验采用六棱反射锥进行光束合成,并采用两套控制回路分别实现了倾斜与平移校正,获得了小于25μrad和λ/10的校正精度。闭环后,获得了主瓣占总功率31.73%的高质量相干耦合激光输出。     

高功率光纤激光器相干合成研究

综述了国内外在高功率光纤激光器相干合成方面的最新进展，分析了各种方案的优缺点，并展望了光纤激光器相干合成的应用前景。国外已研发了19芯阵列光纤，进行了10路光纤激光器相干合成，输出功率已达200W。国内进行了两束光纤激光的相干组束，获得了连续波18．3W的光纤激光输出，并在高速相位探测与锁定方面取得了一定进展。     

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。     

Strain measurement using frequency modulation fiber optic interferometer

The method for measuring the strain of an object using an optical fiber and a frequency modulation(FM)coupled carity semiconductor laser is pro-posed.This method uses the coherent FM heterodyne principle of the Michelson in-terferometer and can avoid the π/2 nonreciprocal phase bias and phase shifting problem existing in general fiber optic interferential sensors,the maximum detec-tion range is limited by the coherent length of the semiconductor laser and its rela-tive factor.     

外差锁定式相干光通信

提出并研制了一种新的外差锁定激光频率调制系统,可用于相干光通信,并进行了闭环调频、调幅实验。对实用的外差锁定式半导体激光器光纤通信系统的技术条件作了讨论。     

1-Gsymbol/s 64-QAM Coherent Optical Transmission Over 150 km

Quadrature amplitude modulation (QAM) is an excellent modulation format for realizing optical communication systems with a high spectral efficiency of much greater than 1bit/s/Hz. We describe QAM coherent optical communication that we achieved by using heterodyne detection with a frequency-stabilized fiber laser and an optical phase-locked loop (OPLL) technique. The phase error variance of the intermediate frequency signal of the OPLL was 6.1times10^-3 rad. A 1-Gsymbol/s 64-QAM coherent signal was successfully transmitted over 150km     

基于FPGA数字相位调制光外差激光稳频系统设计

为了实现中心波长为1064nm的单频光纤激光器的稳频,采用相位调制光外差（PDH）激光稳频技术,搭建稳频系统光路。分析了相位调制光外差稳频信号以及误差信号特征;设计基于现场可编程门阵列（FPGA）的数字式解调和反馈控制电路,在FPGA中实现对相位调制光外差稳频信号的数字解调,再经数模转换器输出获得误差信号。结果表明,在FPGA中能成功实现对相位调制光外差信号的解调,经Allan方差计算,频率漂移的方差值可达10-11,即所设计的数字系统实现了较高的稳频精度。     

Ultimate performance of heterodyne/coherent optical fiber communications

Research and development of heterodyne/homodyne and coherent optical fiber communications have expanded rapidly because of the expectation for repeater separation elongation and superwide-band frequency-division multiplexing. In this paper, recent progress in heterodyne/coherent optical fiber communications is reviewed with emphasis on theoretical and experimental studies pursuing its ultimate performance. The topics discussed are: the recent and future trend in the system design, the transmitter power limit due to fiber nonlinearity and the resulting repeater separation limit, the laser noise problem, the fiber polarization control and polarization diversity, the possibility of narrow frequency-separation frequency-division multiplexing, and finally, a comparison of heterodyne/coherent and photon-counting communications.     

fso中一种光载波外差dpsk系统的设计

介绍了自由空间光通信中的相干通信系统,通过对相干光通信中振幅键控(ASK),频移键控(FSK),相移键控(PSK),差分相移键控(DPSK)四种光载波相干调制方式性能的分析和比较,仿真结果得出PSK调制误码性能更好,提出了一种光载波外差差分相移键控(DPSK)系统.     

基于法布里-珀罗波长选择器的毫米波信号产生的研究

随着移动增值服务的快速增加,对无线通信带宽的需求越来越高,光纤无线电系统作为宽带无线接入系统受到越来越多的关注。理论分析了将法布里-珀罗(F-P)波长选择器引入光纤无线电系统中从可调谐激光器中选出两束相位近似相等的相干光,利用光外差的原理经过光电探测器接收之后产生的毫米波信号,降低了相位噪声对产生的毫米波信号的影响。通过仿真发现在带通滤波器的输出端产生了频率为两束相干光频率差60GHz的毫米波信号,分析了随着光纤的长度增加,信号在光纤中的损耗越来越大,噪声也随之增加,毫米波信号的功率越来越低。     

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。     

Heterodyne and Coherent Optical Fiber Communications: Recent Progress

The technical significance, history of research and development, relevant technical tasks, and recent progress in heterodyne and coherent optical fiber communications are described. The achievements of 1-MHz frequency stability (peak-to-peak) and 0.1-MHz spectral purity (3-dB spectral width) with semiconductor lasers have been two principal motivations that accelerated the research and development. Rapid progress in the single-polarization single-mode fiber technology is also encouraging. The bit-error rate of a PCM-ASK/heterodyne optical communication system has been measured as a function of the received signal level, showing a good error performance close to the quantum-noise limitation.