基于混合优化算法的分块镜共相位误差校正

对采用分块拼接式主镜的大口径空间望远镜,有必要研究适合在轨应用的共相位误差校正方法。以像清晰度函数作为评价函数,通过仿真分析了单色光和白光照明2种情况下分块镜共相位误差与评价函数的变化关系。仿真结果表明:采用单色光照明时,分块镜平移误差校正的动态范围小于0.5λ;采用白光照明时,评价函数存在局部极值,必须采用全局最优化算法。仿真结果表明,当平移误差大于0.5λ时,采用随机并行梯度下降(SPGD)算法易陷入局部极值,而采用遗传算法(GA)可以搜索到全局最优解,但迭代速度较慢。提出了采用基于SPGD算法和遗传算法的混合优化算法校正分块镜共相位误差。当平移误差在[-λ,+λ]范围内时,混合优化算法的校正精度可优于10 nm。     

热传导方程在散斑条纹图相位提取中的应用

去除电子散斑十涉条纹图中的噪声是提取条纹图相位的关键问题.利用热传导方程去除条纹图中的噪声,定性和定量分析了该方法的滤波性能.在此基础上,进一步将MBO算法和热传导方程应用于条纹二值化和相位图平滑过程中,并成功地从单幅模拟条纹图中提取了条纹图的相位.研究结果表明,热传导方程能有效减少散斑条纹图中的噪声,改善二值条纹图的边界.进而获得准确的相位分布.     

有源光放大器链路中交叉相位调制的不稳定性

利用两种方法研究了有源放大器波分复用系统光纤链路中交叉 相位调制的不稳定性．首先利用非线性薛定谔耦合方程，在小幅度扰动下，研究了正常色散 和反常色散光纤中的交叉相位调制不稳定性. 由于相位噪声涨落，利用分裂步长傅里叶 变换法与Monte-Carlo法，模拟了有源放大器链路中反常色散和正常色散情况下的调制不稳定性. 两种方法得到的结论基本一致. 关键词： 调制不稳定性 交叉相位调制 斯托克斯带 反斯托克斯 带     

基于外差法的光纤激光器相干合成

采用波长1064 nm,功率为1 W的种子激光实现了两路光纤激光的相干合成,采用了两只保偏光纤准直器接收两路光干涉信号,与利用透镜直接把干涉信号会聚在探测器上相比,这种耦合方式得到的光干涉信号的条纹对比度更高。对相位噪声以及相位噪声的带宽进行了研究,结果表明,相位噪声由电信号串扰以及环境扰动产生。通过人为拨动光纤来增加相位噪声带宽,当相位噪声带宽增加时,相位控制精度下降。提出了提高相位控制精度的方法,实验获得了桶中功率为21.3%、斯特列尔比为79%、相位控制精度为0.008的相干合成效果。     

两种方法实现对掺镱光纤放大器的相位校正

 在光纤激光器阵列的相干合成技术中，主振荡并联放大器（MOPA）方案最关键的技术是对光纤放大器进行相位控制与校正。本文用两种方法分别对掺镱光纤放大器进行了相位控制与校正。一种是爬山法，通过自动寻优的方式不断改变相位调制器控制电压，使系统输出保持在干涉最强处；另一种是外差法，通过实时探测和校正光路中相位的变化，确保输出光束的相位一致。实验系统中主振荡激光器的波长为1 083 nm，输出功率0~100 mW连续可调。光纤相位调制器是铌酸锂相位调制器。光纤放大器输出功率0~1 W连续可调，整个光路为全保偏光路。爬山法系统的工作频率为100 kHz，控制精度为λ/10；外差法系统的移频量为40 MHz，精度优于λ/20。在两类闭环控制过程中，铌酸锂相位控制器都很好地实现了光纤放大器的相位校正。该工作为实现光纤激光器阵列的相干合成打下实验基础。     

针对光栅图像的快速盲去噪方法

基于正弦光栅条纹投影的三维测量技术是当前研究的热点问题。然而,受噪声的影响,采集到的光栅条纹图像质量降低,导致提取的相位发生扰动,而相位的提取结果直接决定着测量结果的准确性。实际测量中噪声未知,针对这一问题,本文提出了一种盲去噪方法。首先,根据残差模型,完成光栅条纹图像的真值图像与噪声图像的分离,然后,引入主成分分析技术估计出噪声图像的方差值。最后,根据噪声方差的估计值,利用基于相图的高斯滤波方法,将针对多帧光栅图像的噪声滤波转换到提取的相位图上完成。由实验结果可知,和对比方法相比,本文方法的均方根相位误差最高下降了88.5%,所提方法处理后的相位更加接近测量体的真值相位。本文方法可在最短的执行时间内实现对噪声导致的相位扰动进行抑制。所提方法能够快速处理光栅图像噪声引起的相位误差,在光栅投影测量中具有较强的实用性。     

基于全相位滤波技术的光纤表面等离子体共振传感解调算法

基于生物样品检测对折射率传感的迫切需求,构建一种全光纤表面等离子体共振(surface plasmon resonance,SPR)系统,并针对其设计了基于全相位滤波技术的SPR特征波长传感解调算法.基于系统仿真,理论计算了光纤SPR传感器的折射率传感灵敏度.采用全相位滤波技术提取光纤SPR传感器透射光谱的特征波长,理论推导了全相位滤波器的解析表达式.实验结果表明,使用本算法的光纤SPR传感器折射率传感灵敏度为1640.4 nm/RIU,折射率检测的分辨率是7.36×10~(-4)RIU,与传统方法相比,有效提高了系统的检测精度和抗光源扰动性能,降低了实验成本.     

三路光纤放大器相干合成技术的实验研究

实验上实现了三路保偏光纤放大器稳定的锁相控制，达到相干合成的输出目的.介绍了实验方案，详细阐述了相位检测与控制的方法并以一路信号光为例给出了相位噪声的测量结果.最后给出了相干合成的远场图样并对其影响因素加以简单分析.实验表明，利用提出的方案增加相干合成的路数是可行的. 关键词： 光纤放大器 相干合成 锁相     

随机并行梯度下降算法用于光纤激光相干合成的理论与实验研究

介绍了随机并行梯度下降(SPGD)算法用于相干合成的基本理论,利用数值模拟的方法对实际相干合成实验中涉及到的算法评价函数、扰动电压分布等参数进行优化选取,确定了实验中应选择的最佳评价函数、扰动电压分布和扰动方式.利用数字信号处理器(DSP)执行SPGD算法,实时控制各路光束的相位,实现了三路瓦量级保偏光纤放大器输出光束的相干合成.实验结果表明,SPGD算法能够有效控制各路光纤激光的相位,系统闭环将合成光束目标圆孔内的能量提高了2.62倍,合成效率达到了理想情形的87%,远场光斑对比度为85%.     

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     

A strip extracting algorithm for phase noise measurement and coherent beam combining of fiber amplifiers

We present a strip extracting algorithm (SEA) for detecting and locking the phase noise of fiber amplifiers. Based on the algorithm, the phase noise of a 10 W Yb fiber amplifier is obtained and locked with an active segment mirror (ASM) and a high-speed CCD camera. Experimental results indicate that within the first 3 seconds after turn-on transients occur the amplitude of phase noise exceeds 20 waves, whereas in thermal steady-state operation it amounts to only several waves for the same time span. After phase locking, the Peak-to-Valley (PV) value of phase noise is close to ～1/10λ (λ=1064 nm), and the control bandwidth of the system is ～25 Hz.     

Phase-noise properties of an ytterbium-doped fiber amplifier for the Laser Interferometer Space Antenna

Phase noise is a critical issue for the sensitivity of the interferometric gravitational-wave detector Laser Interferometer Space Antenna that requires laser sources with 1 W of output power. A low-power seed laser with a subsequent fiber amplifier is in discussion, and we report on spectrally resolved phase-noise measurements of an ytterbium-doped fiber amplifier emitting 1 W of output power from 10 mW of seed power. Phase-noise measurements for Fourier frequencies from 10(-4) Hz to 100 kHz show 60 rad/Hz0.5 at 10(-4) Hz and 0.2 mrad/Hz0.5 at 1 kHz. This measured excess phase noise is orders of magnitude below the free-running phase noise of nonplanar ring oscillators.     

Experimental investigation of a seven-element hexagonal fiber coherent array

The phase noises of a 10-m polarization-maintaining （PM） fiber and a 10-W PM fiber amplifier are experimentally measured. The results indicate that the 10-m PM fiber with similar phase noise could be used to investigate the architecture of master oscillator power amplifier coherent combination. A seven-element hexagonal fiber coherent array is developed to investigate the far-field distribution and phase controlling technique of a coherently combining fiber laser array. A hexagonal prism is designed as the combining and splitting component to achieve a fill factor of 0.66. The hill climbing method is employed to detect and lock the element phase.     

Low noise double pass L-band erbium-doped fiber amplifier

A new double pass long wavelength band erbium-doped fiber amplifier with enhanced noise figure characteristics is demonstrated. The noise figure is improved by about 2.6 dB with the incorporation of broadband conventional-band fiber Bragg grating (FBG) in between the two segments of erbium-doped fiber. By incorporating both the pre-amplifier and the FBG, the noise figure is further improved, which varies from 4.0 to 5.0 dB in the flat gain region from 1570 to 1600 nm. The gain varies from 32.0 to 33.4 dB within this region. The new amplifier with high gain and low noise figure can be useful as an inline amplifier in a wavelength division multiplexing transmission system.     

单端泵浦光纤放大器获得4 kW单模窄谱激光输出

窄谱光纤激光器在光束合成等领域有着广泛的应用,然而模式不稳定效应的出现严重限制着窄谱光纤激光器的功率提升。提出并验证了采用新型981 nm稳波长泵浦方案,能够应用于窄谱激光放大并提升模式不稳定效应阈值,通过采用单端后向泵浦结构,将单模窄谱光纤放大器功率提至4 kW以上。实验中采用白噪声相位调制展宽单频激光作为窄谱种子,主放大级分别采用稳波长976 nm和981 nm两种泵浦源单端后向泵浦。在采用976 nm泵浦源泵浦时,窄谱激光最高放大至3.4 kW,出现典型的模式不稳定效应特征,功率提升受到限制。在采用981 nm泵浦源泵浦时,窄谱激光最高放大至4.05 kW,且并未出现模式不稳定效应,输出光束质量M2因子为1.3,进一步功率提升仅受限于泵浦功率。通过优化激光器设计、结合双向泵浦结构,有望实现更高功率的窄谱光纤激光输出。     

Multi-wavelength fiber laser based on nonlinear polarization rotation in semiconductor optical amplifier and photonic crystal fiber

A nonlinear polarisation rotation (NPR) based multi-wavelength laser source is demonstrated using a semiconductor optical amplifier (SOA) and photonic crystal fiber (PCF). The SOA acts as not only the gain medium but also the phase retarder for multi-wavelength oscillation in conjunction with an isolator. The incorporation of PCF improves the NPR effect and thus assists in the multiwavelength generation. The wavelength spacing reduces from 4.82 to 2.76 nm as the PCF length increases from 50 to 100 m. With a 100 m long PCF, the proposed laser produces at least 42 lasing wavelengths with optical signal to noise ratio of more than 10 dB.     

Design of Broadband L-band Erbium Doped Fiber Amplifier

An 80 nm bandwidth long wavelength erbium-doped fiber amplifier using a seed light injection method is designed.It is shown that when the wavelength of the seed beam varies from 1520 nm to 1570 nm,the gain at 1610 nm increases and reaches maximum near 1553 nm and then decreases.The gain increases with the seed light power.With the seed light ,the long wavelength Erbium-doped fiber amplifier has 80 nm bandwidth (1570～1650 nm),30 dB gain and noise figure less than 5.0 dB.     

Design of Broadband L-band Erbium Doped Fiber Amplifier

1　Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　　Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｄｉｖｉｓｉｏｎｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ(ＷＤＭ )ｍｅｔｈｏｄｇｉｖｅｓａｓｏｌｕｔｉｏｎｏｆｄｅｍａｎｄｏｎｔｈｅｈｉｇｈｓｐｅｅｄａｎｄｈｉｇｈｃａｐａｃｉｔｙｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ .ＯｎｅｏｆｔｈｅｋｅｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｔｈｅＷＤＭｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｉｓｔｏｂｒｏａｄｅｎｂａｎｄｗｉｄｔｈｏｆｅｒｂｉｕｍ ｄｏｐｅｄｆｉｂｅｒａｍｐｌｉｆｉｅｒ (ＥＤＦＡ)ａｎｄｔｏｇｅｔｔｈｅｗｉｄｅｂａｎｄａｎｄｆｌａｔ ｇａｉｎＥＤＦＡ .…     

Coherent beam combination of an optical array using adaptive fiber optics collimators

A novel adaptive-fiber-optics-collimator (AFOC) compensating both piston-type and tip/tilt-type phase errors of output beam is introduced, and has been employed in experiments of coherent beam combination (CBC) of a delta distributed fiber array. Feedback control is realized using stochastic parallel gradient descent (SPGD) algorithm. Excellent CBC effect has been achieved when piston and tip/tilt errors among beamlets corrected. The necessity of wavefront tip/tilt control in CBC is verified. Experimental results exhibit great potential applications of this kind of AFOC in fiber amplifier arrays.     

1.06kW 13GHz线宽全光纤激光器

分析了高功率光纤激光器中受激布里渊散射(SBS)效应的抑制方法。研究表明,利用宽带噪声源高速相位调制展宽光谱的方法对于抑制SBS十分有效,可实现kW级用于光谱组束的数10GHz高功率光纤激光子束。通过理论计算线宽与SBS阈值的关系,并分析噪声相位调制各参数对SBS阈值提升的影响,优化了光纤激光器设计参数。通过宽带噪声高速相位调制的方法,展宽单频种子源线宽至13GHz,通过两级预放大至10 W后,使用20/400μm掺Yb光纤最终实现了中心波长1064nm、线宽13GHz、最高功率1.06kW的激光输出,光束质量M21.2,光-光转换效率86%,实验过程未观测到模式不稳定性现象。进一步扩宽噪声源频带,加大调制深度,有望实现更高功率的窄线宽光纤激光输出。