用于共孔径相干合成的衍射光学元件设计

分析了衍射光学元件实现共孔径相干合成的物理过程,建立了基于衍射光学元件的共孔径相干合成数学模型,推导了合成光束复振幅与入射光束和衍射光学元件相位分布之间的关系。提出用合成光束强度分布的均匀性作为评价函数的优化方法,获得了一维衍射合束器的相位分布。与文献报道的衍射光学元件分束器相比,可获得更高的合成效率。采用模拟退火算法结合随机并行梯度下降算法优化合束器设计,提高了计算效率,获得了多束衍射合束器的相位分布和合成效率。分析了单子束失效及合束器像差对合成效率的影响,结果表明:随着合束数量的增加,单子束失效对合成效率的影响逐渐减小;若使合成效率退化小于5%,衍射光学元件的波像差均方根值应控制在λ/28以内。     

衍射光学元件的设计方法

衍射光学是基于光学衍射原理和利用计算机产生全息图和相息图（ｋｉｎｏｆｏｒｍｓ）以及微电子加工　　技术而发展起来的一个新的光学分支。衍射光学元件能够同时实现几种光学功能,从而实现光学元件的微型阵列化与集成化。着重介绍基于衍射标量理论、衍射光学元件的设计原理和相关的算法。通过简单的例子来说明设计的步骤和结果。     

光纤激光相控阵相干合成技术研究进展

主要介绍了近年来光纤激光相控阵相干合成技术的发展现状,总结了中国科学院光电技术研究所在这方面的最新研究成果,包括基于振幅调制的光纤激光相控阵相干合成能力优化、光纤激光相控阵实现收发一体相干合成、光纤激光相控阵的目标在回路相干合成、光纤激光相控阵在大气湍流下实现耦合接收光束的共相合束、基于多孔径波前探测的相干合成方法、基于自适应光纤准直器和微透镜阵列的光束大角度高精度连续寻址扫描等。以上研究工作将促进光纤激光相控阵技术朝向更多单元、更高功率、更远距离等方向演进,并推动其与激光大气传输、空间激光通信、自适应光学等理论和应用的结合与发展。     

基于高功率激光输出端相位控制的光纤激光相干合成

利用压电陶瓷相位调制器在高功率光纤激光输出端进行相位控制,实现了两路瓦量级光纤激光相干合成.系统闭环时长曝光图样的条纹可见度为98%,峰值强度是开环情形下的1.87倍.     

激光阵列部分相干合成的光束质量

由于单束激光部分相干性和相位控制系统带宽性能的限制,大功率激光阵列的相干合成一般只能取得部分相干合成的效果。对存在相位控制残差情形下部分相干合成光束在真空中的传输特性进行分析,推导激光阵列在远场光强的解析表达式。对单束激光的相干性以及相位控制残差对合成光束质量的影响进行了定量计算。     

基于公共环形腔耦合的光纤激光器相干合成技术

 为提高光纤激光器无源自调整相干合成阵列的效率、稳定性和可扩展性,提出了基于公共光纤环形腔耦合与单模光纤滤波的光纤激光器相干合成方案。将多个2×2的光纤耦合器分别插入各单元激光器的谐振腔,利用耦合器余下的端口,两两相连构成公共环形耦合腔。采用单模光纤滤波技术,提高了各输出激光束之间相位锁定的稳定性。利用该方案在实验上实现了三路光纤激光器的被动锁相输出,实验测得的远场干涉光斑、输出功率及光谱均表明该方案适于构建性能较好的光纤激光器相干合成阵列。     

光纤激光器阵列的多抖动法相干合成

采用自行设计的基于大规模可编程门阵列（FPGA）结构的控制电路,实现了4路光纤激光的多抖动法相干合成。对大气湍流和机械振动引起的相位噪声进行了有效补偿,使远场光斑条纹对比度由开环时的0.21提高到了闭环时的0.93,闭环时远场特定孔径内的能量较开环时提高了3.3倍。该方法还对人为抖动光纤引起的较高频率噪声具有很好的抑制作用,系统闭环后,远场光斑条纹对比度可达到0.72。     

基于公共环形腔耦合的光纤激光器相干合成技术

为提高光纤激光器无源自调整相干合成阵列的效率、稳定性和可扩展性,提出了基于公共光纤环形腔耦合与单模光纤滤波的光纤激光器相干合成方案。将多个2×2的光纤耦合器分别插入各单元激光器的谐振腔,利用耦合器余下的端口,两两相连构成公共环形耦合腔。采用单模光纤滤波技术,提高了各输出激光束之间相位锁定的稳定性。利用该方案在实验上实现了三路光纤激光器的被动锁相输出,实验测得的远场干涉光斑、输出功率及光谱均表明该方案适于构建性能较好的光纤激光器相干合成阵列。     

用于半导体激光器光束整形的衍射光学元件的设计研究

采用模拟退火法（ＳＡ）和输入 输出法（Ｉ-Ｏ）相结合的算法（ＳＡＩＯ）设计了８台阶的衍射光学元件，将椭圆高斯分布的激光束变换到均匀圆光束，转换到圆均匀区的能量效率达到了９１.９％．计算结果表明，用ＳＡＩＯ设计得到的输出波形边缘陡直，在平顶区的起伏和光滑程度比单独使用ＳＡ或Ｉ-Ｏ有明显改善 关键词：     

模拟退火算法光纤放大器相干合成

提出了利用模拟退火算法实现相干合成的思路。对利用模拟退火算法实现多路光纤放大器相干合成进行了数值模拟,验证了方法的有效性,并分析了算法收敛速度与合成光束数目的关系。进行了两路W量级光纤放大器相干合成的实验,结果表明,模拟退火算法能够有效控制各路光纤激光的相位,系统闭环将目标圆孔内的能量提高了1.8倍,并使得目标圆孔内能量大于理想值80%的概率从19.4%提升到了51.3%,取得了较为明显的相干合成效果。     

模拟退火算法光纤放大器相干合成

提出了利用模拟退火算法实现相干合成的思路。对利用模拟退火算法实现多路光纤放大器相干合成进行了数值模拟,验证了方法的有效性,并分析了算法收敛速度与合成光束数目的关系。进行了两路W量级光纤放大器相干合成的实验,结果表明,模拟退火算法能够有效控制各路光纤激光的相位,系统闭环将目标圆孔内的能量提高了1.8倍,并使得目标圆孔内能量大于理想值80 %的概率从19.4 %提升到了51.3 %,取得了较为明显的相干合成效果。     

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.     

Coherent combining of a seven-element hexagonal fiber array

The coherent combination of the outputs from a seven-element hexagonal fiber array with a hexagonal prism is described. The fill factor of the coherent array achieves 0.6. A total of 0.40 of the energy is contained in the central lobe and the Strehl ratio is 0.91. A theoretical model of the hexagonal fiber array is established based on Fraunhofer diffraction theory. The far field distribution of the hexagonal fiber array is presented. The effects of fill factor and phase errors on far field distribution are analyzed and simulated.     

Coherent combining of a fiber laser array via cascaded internal phase control technique

We experimentally demonstrated a cascaded internal phase control technique. A laser array with 12 channels was divided into three sub-arrays and a stage array, and phases of the sub-arrays and the stage array were locked by four phase controllers based on the stochastic parallel gradient descent(SPGD) algorithm, respectively. In this way, the phases of the whole array were locked, and the visibility of the interference pattern of the whole emitted laser array in the far field was ～93%. In additi...