相干合成活塞与倾斜误差同步获取方法、控制方法及系统

本发明主要涉及到相干合成光纤激光，尤其是一种相干合成活塞与倾斜误差同步获取方法、控制方法及系统。

背景技术：

1、在光纤激光相干合成中，按照单元光纤激光合束方式的不同可将相干合成分为分孔径相干合成和共孔径相干合成两大类。分孔径相干合成要求各单元光束在近场独立输出，在远场进行相干叠加，由于分孔径相干合成系统中占空比导致合成激光亮度受限这一不可避免的问题，研究人员发展了共孔径相干合成技术来获得高亮度的激光输出。

2、活塞相位和倾斜误差都会影响共孔径相干合成系统中光束的亮度。在对共孔径相干合成的研究中，研究人员通过单个探测器和电学控制模块实现活塞相位的补偿；根据相机上合成光束的位置利用倾斜控制模块实现倾斜误差的修正。按照上述的思路，实现活塞和倾斜的同时控制需要两套独立的探测和控制装置，增加了相干合成系统的复杂程度。

3、在不增加系统复杂度的前提下实现多参量的控制，时分复用是一个可以借鉴的技术，在锁相技术的研究过程中，从多抖动法到单抖动法就是时分复用这一技术思想的典型应用。利用时分复用技术实现共孔径相干合成系统活塞和倾斜的同时控制可以大大简化系统的复杂度，因此，提出一种共孔径相干合成的活塞和倾斜同时控制的技术方法很有必要。

技术实现思路

1、针对现有共孔径相干合成技术存在的缺陷，本发明提出了一种相干合成活塞与倾斜误差同步获取方法、控制方法及系统。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

3、本发明提出一种相干合成活塞与倾斜误差同步获取方法，包括：

4、接收由四象限探测器获取的两束单元光束进行共孔径相干合成后的光强以及光斑图像；

5、根据两束单元光束当前的相位调制强度以及相位调制强度与四象限探测器限定区域大小的函数关系，确定当前四象限探测器限定区域的大小，其中四象限探测器限定区域为以四象限探测器的中心为圆心的圆形区域；

6、根据当前四象限探测器限定区域内光强的积分来计算两束单元光束之间的活塞相位误差；

7、根据光斑图像上的光斑位置获得合成光束的倾斜相位误差。

8、进一步地，作为优选方案，利用数值模拟方法得到相位调制强度与四象限探测器限定区域大小的函数关系。

9、进一步地，作为优选方案，计算两束单元光束之间的活塞相位误差，方法如下：

10、

11、

12、其中i为四象限探测器限定区域内的光强大小，s为两束单元光束之间的活塞相位误差，rpd为四象限探测器的响应度，τ为积分时间，φjm为在共孔径相干合成前通过相位调制器施加给单元光束的正弦调制信号。

13、进一步地，作为优选方案，合成光束的倾斜相位误差，包括θx和θy，计算方法如下：

14、

15、

16、其中，θx和θy分别为合成光束在x轴和y轴方向上的偏转角度，ia、ib、ic、id分别为四象限探测器在四个象限内探测到的光强大小。

17、另一方面，本发明提供一种相干合成活塞与倾斜误差同步获取装置，包括：

18、接收模块，用于接收由四象限探测器获取的两束单元光束进行共孔径相干合成后的光束强度以及光斑图像；

19、四象限探测器限定区域确定模块，用于根据两束单元光束当前的相位调制强度以及相位调制强度与四象限探测器限定区域大小的函数关系，确定当前四象限探测器限定区域的大小，其中四象限探测器限定区域为以四象限探测器的中心为圆心的圆形区域；

20、活塞相位误差解算模块，用于根据当前四象限探测器限定区域内光强的积分来计算两束单元光束之间的活塞相位误差；

21、倾斜相位误差解算模块，用于根据光斑图像上的光斑位置获得合成光束的倾斜相位误差。

22、另一方面，本发明提供一种相干合成活塞与倾斜同步控制方法，包括：

23、利用四象限探测器获取的两束单元光束进行共孔径相干合成后的光强以及光斑图像；

24、根据两束单元光束当前的相位调制强度以及相位调制强度与四象限探测器限定区域大小的函数关系，确定当前四象限探测器限定区域的大小，其中四象限探测器限定区域为以四象限探测器的中心为圆心的圆形区域；

25、根据当前四象限探测器限定区域内光强的积分来计算两束单元光束之间的活塞相位误差；

26、根据光斑图像上的光斑位置获得合成光束的倾斜相位误差；

27、根据所述活塞相位误差和倾斜相位误差对各单元光束进行活塞相位补偿和倾斜相位补偿，实现两束单元光束的活塞相位和倾斜相位的锁定。

28、另一方面，本发明提供一种相干合成活塞与倾斜同步控制系统，包括：

29、共孔径相干合成光路，用于实现两束单元光束孔径相干合成；

30、四象限探测器，用于获取两束单元光束进行共孔径相干合成后的光束强度以及光斑图像；

31、活塞相位误差解算及控制模块，根据两束单元光束当前的相位调制强度以及相位调制强度与四象限探测器限定区域大小的函数关系，确定当前四象限探测器限定区域的大小，其中四象限探测器限定区域为以四象限探测器的中心为圆心的圆形区域；根据当前四象限探测器限定区域内光强的积分来计算两束单元光束之间的活塞相位误差，并基于解算出的活塞相位误差生成相位控制信号对各单元光束进行活塞相位补偿；

32、倾斜相位误差解算及控制模块，用于根据光斑图像上的光斑位置获得光束的倾斜相位误差，并基于解算出的倾斜相位误差生成倾斜控制信号对各单元光束进行倾斜相位补偿。

33、另一方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：

34、接收由四象限探测器获取的两束单元光束进行共孔径相干合成后的光强以及光斑图像；

35、根据两束单元光束当前的相位调制强度以及相位调制强度与四象限探测器限定区域大小的函数关系，确定当前四象限探测器限定区域的大小，其中四象限探测器限定区域为以四象限探测器的中心为圆心的圆形区域；

36、根据当前四象限探测器限定区域内光强的积分来计算两束单元光束之间的活塞相位误差；

37、根据光斑图像上的光斑位置获得合成光束的倾斜相位误差。

38、另一方面，本发明提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时实现以下步骤：

39、接收由四象限探测器获取的两束单元光束进行共孔径相干合成后的光强以及光斑图像；

40、根据两束单元光束当前的相位调制强度以及相位调制强度与四象限探测器限定区域大小的函数关系，确定当前四象限探测器限定区域的大小，其中四象限探测器限定区域为以四象限探测器的中心为圆心的圆形区域；

41、根据当前四象限探测器限定区域内光强的积分来计算两束单元光束之间的活塞相位误差；

42、根据光斑图像上的光斑位置获得合成光束的倾斜相位误差。

43、通过上述技术方案，本发明能够产生的技术效果是：

44、本发明在光纤激光共孔径相干合成系统中提出一种基于时分复用思想的活塞和倾斜同时控制实现方法。通过对四象限探测器获取信息的分时处理实现活塞和倾斜的同时控制。

45、本发明利用时分复用技术可以在不增加系统复杂度的前提下同时实现对活塞相位和倾斜相位的锁定，锁相时间短，精度高。

46、本发明在共孔径相干合成系统中利用单抖动法实现锁相，锁相速度快，锁相残差小，具有向大阵元拓展的应用潜力。

47、本发明利用四象限探测器的光强信息进行活塞相位补偿的同时，利用探测器四个象限不同光强的信息，计算光束的偏转角度，实现倾斜的矫正，倾斜矫正速度快，精度高，为实现大阵元高光束质量的相干合成奠定了基础。