基于空间滤波的光纤激光被动相位锁定技术研究

基于空间滤波的被动相位锁定,对掺Yb光纤激光阵列的相干组束进行了理论和实验研究.分析了基于空间滤波光反馈相位锁定的原理,研究了远场相干光斑Strehl比与激光波长及光谱带宽的关系.建立了二维四路掺Yb光纤放大器阵列的被动相位锁定实验系统,实现了稳定的相干耦合激光输出,远场光斑Strehl比为0.77.测得输出激光光谱中单个纵模的带宽约为9.1 GHz,与理论计算符合较好. 关键词： 光纤激光 相干合成 环形腔     

全光纤激光阵列主动相位控制技术研究进展

全光纤激光阵列主动相位控制利用全光纤网络实现阵列激光的活塞相位内部探测与控制,具有结构紧凑、无需外部反馈光学器件和易于扩展等优点,是大阵元规模光纤激光相干合成重要发展方向之一。采用全光纤相位探测结构,介绍了全光纤激光阵列主动相位控制技术的系统原理和利用光纤耦合器实现相位锁定的过程,总结了全光纤激光阵列主动相位控制关键技术,通过优化算法实现全光纤激光阵列主动相位控制验证实验。探讨了在全光纤结构主动相位控制中π相位模糊问题及解决方法,给出了利用双波长探测实现消除π相位模糊问题的仿真结果。最后梳理了全光纤激光阵列主动相位控制研究现状,并从路数扩展、功率提升和应用等方面进行了展望。     

利用全光纤耦合环实现三路光纤激光器的相位锁定

利用三个2×2的光纤耦合器按一定规则联接成一个全光纤耦合环,该耦合环将三个独立的掺铒光纤激光器连成一个锁相阵列. 由于耦合环的引入,锁相阵列的整体损耗减小,且三个单元激光器之间可以进行有效的能量相互注入耦合,进而实现阵列的锁相输出. 实验中观察到的远场干涉图样和锁相前后的输出光谱均表明三路光纤激光器实现了相位锁定,当三路抽运源的功率均为100 mW时,获得了92 mW的稳定相干输出. 关键词： 光纤激光器 相干合成 光纤耦合器 相位锁定     

环形腔被动锁相一维三路光纤激光相干组束研究

对基于环形腔光反馈的光纤激光被动锁相技术进行了理论和实验研究。建立了一维三路光纤激光阵列的相干组束实验装置,实现了三束光纤激光的相位锁定,观测到稳定的干涉图样。研究了光束占空比对远场光斑的影响,分析了影响腔内损耗的主要因素。观测到相干耦合输出光谱中所存在的多波长峰值随机出现的现象,通过采用窄带宽滤光片,可以限制相干耦合输出的光谱范围,但上述现象仍然存在。从理论上对被动锁相技术中所存在的这种波长随机现象进行了分析和解释。     

两光纤激光器相干合成的实验研究

利用迈氏腔技术,进行了光子晶体光纤(PCF)激光器相干合成的实验研究,实现了两光子晶体光纤激光器的相位锁定,获得了功率为47W的相干输出.解释了在迈氏腔的两个输出光路上分别实现相干相长和相干相消的物理机理.实验结果表明,合成激光光谱较单台PCF激光器的激光光谱有显著的改善,波长带宽小于5nm. 关键词： 光子晶体光纤 相位锁定 迈氏腔 光纤激光器     

基于空间结构内部锁相的光纤激光相干合成技术

介绍了本课题组近年来在基于空间结构内部锁相的光纤激光相干合成方面的研究工作,给出了空间结构内部锁相相干合成的基本原理,搭建了七路低功率光纤激光阵列实验系统,结果表明在内部相位噪声校正基础之上,可以稳定补偿外部相位差进而实现激光阵列同相位输出,验证了内部锁相方法的可行性。进一步介绍了空间结构内部锁相技术在目标在回路相干合成、阵列光束光场调控等方面的拓展应用,通过实验论证了空间结构内部锁相技术能够有效提升目标在回路相干合成系统的相位控制带宽,并在远场有效生成轨道角动量光束阵列,其拓扑荷数可从-1到+1切换。     

基于压电陶瓷与光纤电光调制器双通道伺服反馈的激光相位锁定实验研究

通过相干合束提高光纤激光源的输出功率是目前研究的一个热门领域,其中多束激光的相位控制是提高合束效率的关键技术之一.本文基于主动相位锁定技术对传统外差探测法进行了改进,基于压电陶瓷及光纤电光相位调制器双通道伺服反馈,实现了对同一激光源输出的两路相位独立变化的1531 nm激光长时间的相位锁定.通过选择合适的PID控制参数,将反馈带宽拓展到了220 k Hz(受限于PID控制器自身带宽).最终的相位锁定控制在0.88?以内,即相位控制精度为λ/400,经过160 s平均后可得到相位锁定的最佳值为0.006?,整体实验装置结构简单、运行稳定.     

SPGD算法在光纤激光相干阵列光束控制中的应用

主动相位控制的光纤激光阵列相干合成在提高输出功率的同时能够保证良好的光束质量,其关键技术在于光纤激光相干阵列的锁相控制。基于随机并行梯度下降(SPGD)算法的锁相控制方案不仅具有控制策略简单、系统结构紧凑的优点,而且通过算法性能评价函数和迭代参数的选取,能够对光纤激光相干阵列进行多种锁相控制,从而得到各种形式的阵列合成光束输出,实现与自适应光子锁相元件整列(APPLE)系统阵列的有效契合。理论研究并实验实现了基于SPGD算法的相位控制方案的同相相干合成锁相控制、合成光束主极大偏转控制和空心光束产生等功能,验证了基于SPGD算法的全电光束控制在各种形态光束控制中的可行性。     

光纤激光相干合成高速高精度相位控制器

基于随机并行梯度下降算法（SPGD）和现场可编程逻辑阵列（FPGA）设计制作了相干合成（CBC）相位控制器。理论分析表明,该控制器单次迭代速率大于1.125 MHz,对于2路和16路相干合成,其平均控制带宽的理论值分别大于70 kHz和9 kHz,与现有的SPGD算法相位控制器相比有了量级上的提高。利用该控制器进行了验证性实验,表明该控制器能够实现高速高精度相位控制。当利用相位控制器对两路激光的相位进行锁定时,目标圆孔内能量提高了1.51倍,远场光斑对比度提高了5.29倍。     

激光器阵列的部分相干性对相干合成远场输出特性的影响

对于相干合成的光纤激光器阵列来说,如何定量的分析阵列的相干性对于评价阵列的性能具有极其重要的意义.文章推导了光纤激光器阵列部分相干合成远场强度分布的解析表达式,详细探讨了激光器阵列的部分相干性对相干合成远场图样分布、中心主瓣宽度、斯特列尔比、桶中功率的影响.最后采用主振荡并联放大器方案对三路掺镱光纤放大器进行实时相位探测与校正,实验给出了三路光纤放大器相干合成的结果. 关键词： 光纤激光器阵列 相干合成 相干度     

Synchronization and coherent combining of two pulsed fiber lasers

We demonstrate a scalable architecture for coherent combining of pulsed fiber lasers.A new method for generating synchronous pulsed fiber lasers by direct phase modulation is proposed and investigated.It is shown that phase modulated mutually coupled laser array can be a steady synchronous pulsed fiber laser source.The synchronous pulsed fiber lasers are coherently combined with an invariable phase difference of π in adjacent lasers.Neither active phase control nor polarization control is taken in our experiment.     

Coherent beam combination of adaptive fiber laser array with tilt-tip and phase-locking control

We present an experimental study on tilt-tip(TT) and phase-locking(PL) control in a coherent beam combination(CBC) system of adaptive fiber laser array.The TT control is performed using the adaptive fiber-optics collimator(AFOC),and the PL control is realized by the phase modulator(PM).Cascaded and simultaneous controls of TT and PL using stochastic parallel gradient descent(SPGD) algorithm are investigated in this paper.Two-fiber-laser-,four-fiber-laser-,and six-fiber-laser-arrays are employed to study the TT and PL control.In the cascaded control system,only one high-speed CMOS camera is used to collect beam data and a computer is used as the controller.In a simultaneous control system one high-speed CMOS camera and one photonic detector(PD) are employed,and a computer and a control circuit based on field programmable gate array(FPGA) are used as the controllers.Experimental results reveal that both cascaded and simultaneous controls of TT using AFOC and PL using PM in fiber laser array are feasible and effective.Cascaded control is more effective in static control situation and simultaneous control can be applied to the dynamic control system directly.The control signals of simultaneous PL and TT disturb each other obviously and TT and PL control may compete with each other,so the control effect is limited.     

Diffractive-optics-based beam combination of a phase-locked fiber laser array

A diffractive optical element (DOE) is used as a beam combiner for an actively phase-locked array of fiber lasers. Use of a DOE eliminates the far-field sidelobes and the accompanying loss of beam quality typically observed in tiled coherent laser arrays. Using this technique, we demonstrated coherent combination of five fiber lasers with 91% efficiency and M2=1.04. Combination efficiency and phase locking is robust even with large amplitude and phase fluctuations on the input laser array elements. Calculations and power handling measurements suggest that this approach can scale to both high channel counts and high powers.     

分布反馈光纤激光器阵列中外腔反馈特性研究

以半导体激光器中的复合腔模型和实测的分布反馈光纤激光器的外腔端面反射率为基础,对不同反射率条件下分布反馈光纤激光器的输出功率进行了仿真,同时搭建了二基元分布反馈光纤激光器阵列实验平台,对仿真结果进行了验证.仿真与实验结果表明:外腔反馈光重新注入分布反馈光纤激光器会增加激光器的输出功率,降低了阵列的输出功率平坦性.并且外腔端面反射率越大,这种平坦性降低的效果越明显.在构建分布反馈光纤激光器阵列时,应考虑外腔反馈对阵列输出功率平坦性造成的影响,尽量选择外腔端面反射率较小的激光器进行组阵.     

Simulataneous coherent and spectral addition of fiber lasers

A new approach for the simultaneous coherent and spectral addition of a two-dimensional array of fiber lasers is presented. A combining efficiency of over 80% and a combined beam profile with M(2)=1.15 were experimentally obtained with an array of four fiber lasers. This approach can lead to significant upscaling in fiber laser additions.     

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.     

Array Waveguide Grating Based Fiber Lasers

Two array waveguide grating (AWGs) based fiber ring lasers are experimentally demonstrated. Either of them achieves wavelength discrete tuning of 32 nm, or yields simultaneously lasing up to four channels with -7 dBm output power for each channel.     

134-W phase locking of two-dimensional four-fiber lasers with improved self-imaging resonator

We experimentally demonstrate the phase locking of a two-dimensional （2D） array of four fiber lasers using an improved self-imaging resonator with a spatial filter. The high visibility interference round stripes of the coherent beam profile are observed. The coherent output power of the fiber array exceeds 134 W. Tile entire system operates quite stably, and no thermal effects observe in the spatial filter, indicating that the coherent output power can be increased using this method.