激光系统和激光系统的控制方法与流程

本技术涉及激光，尤其涉及一种激光系统和激光系统的控制方法。

背景技术：

1、激光器作为一种激光发射系统，近年来广泛应用于工业、精密测量和探测、通讯与信息处理、医疗以及军事等各个领域。激光器通过入射光子刺激处于高能级的电子，使得高能级的电子跃迁到低能级并辐射出与入射光频率相同的光子以形成更大的光强，而增强的光又可以进行新的刺激，经过反复作用形成谐振，产生了强度高，单色性好，方向性好的激光。

2、外谐振腔激光器是众多激光器中的一种，外谐振腔激光器主要包括泵浦源、增益介质以及谐振腔(谐振腔通常由一面全反射镜和一面具有部分透射功能的反射镜构成)等三部分，且谐振腔中部分具有透射功能的反射镜与其余组成部分相隔一定距离。当外谐振腔激光器的谐振腔内的部分空间被遮挡时，谐振条件就被破坏而不会产生激光输出，确保了在输出功率要求下光波束传输的安全性。然而，在通过外谐振腔激光器生成并输出激光过程中，由于光的衍射导致光波束传输中不可避免地有部分能量泄漏到谐振腔之外，造成光波束传输效率下降，同时也会引发安全隐患，光波束传输的效率低、安全性差。

技术实现思路

1、本技术提供一种激光系统和激光系统的控制方法，可减少光波束在传输过程中因为衍射带来的能量泄露损耗，保障了光波束的传输效率以及激光系统的安全性。

2、本技术实施例第一方面提供了一种激光系统，该激光系统可以包括发射机、空间调制器和至少一个接收机。其中，发射机与至少一个接收机中的一个接收机之间形成谐振腔，空间调制器设置于各谐振腔中靠近发射机的一端。这里，空间调制器用于通过相位和/或幅度调制将发射机射出的光波束调制为下行无衍射光波束，下行无衍射光波束主瓣的能量沿第一路径传播到接收机；接收机用于基于下行无衍射光波束部分反射以得到向发射机发射的第一上行无衍射光波束，第一上行无衍射光波束主瓣的能量沿第二路径经过空间调制器传播到发射机；空间调制器还用于通过相位和/或幅度调制将第一上行无衍射光波束调制为第二上行无衍射光波束并发射至发射机，第二上行无衍射光波束的相位分布和/或幅度分布与光波束的相位分布和/或幅度分布相同。

3、在本技术中，通过空间调制器调制发射机射出的光波束得到的下行无衍射光波束、接收机基于下行无衍射光波束部分反射得到的第一上行无衍射光波束以及通过空间调制器调制第一上行无衍射光波束得到的第二上行无衍射光波束的主瓣能量一直保持不变，既没有扩散也没有衍射。进一步地，通过对上述第一上行无衍射光波束进行调制，使得发射机接收到的第二上行无衍射光波束抵消了对光波束进行相位和/或幅度调制的影响，即该第二上行无衍射光波束再次由发射机反射并经过空间调制器后，其调制后的光波束依然可以无衍射传输再次到达上述接收机，从而在发射机与接收机之间可以形成来回无衍射的光波束反射。光波束在发射机与接收机之间传输过程中没有因为衍射带来的能量泄露损耗，保障了光波束的传输效率以及激光系统的安全性。

4、结合第一方面，在另一种可选的方式中，发射机中包括增益介质以及反射镜，接收机包括部分透射反射镜，增益介质设置于反射镜和空间调制器之间，反射镜与部分透射反射镜之间形成谐振腔；反射镜用于反射射向发射机的第一光波束至接收机以得到发射机射出的光波束，这里，光波束可以通过在发射机与接收机之间来回反射形成谐振；部分透射反射镜用于部分反射射向接收机的第二光波束至发射机，第二光波束包括下行无衍射光波束；部分透射反射镜还用于在谐振腔中形成稳定的激光时发射激光。发射机中还包括泵浦源，泵浦源用于为增益介质中的电子提供能量以使电子在受激辐射下生成光波束。通过在上述谐振腔中靠近增益介质的一端设置空间调制器，可以减少发射机和接收机之间传输的光波束的衍射现象，从而避免衍射带来的能量泄露损耗，提高光波束的传输效率。

5、结合第一方面，在另一种可选的方式中，空间调制器为发射机空间调制器，激光系统中还包括至少一个接收机空间调制器。其中，发射机空间调制器设置于各谐振腔中靠近增益介质的一端，接收机空间调制器设置于各谐振腔中靠近部分透射反射镜的一端。发射机空间调制器还用于协同接收机空间调制器将部分透射反射镜部分反射下行无衍射光波束得到的第一上行无衍射光波束调制为第二上行无衍射光波束。通过对上述第一上行无衍射光波束进行调制，使得发射机接收到的第二上行无衍射光波束抵消了对光波束进行相位和/或幅度调制的影响，即该第二上行无衍射光波束再次由发射机反射并经过空间调制器后，其调制后的光波束依然可以无衍射传输再次到达上述接收机，从而在发射机与接收机之间可以形成来回无衍射的光波束反射，提高了光波束的传输效率，且上述来回的光波束反射可以不断诱发新的受激辐射，当激光增益大于损耗时，可形成稳定的激光。

6、结合第一方面，在另一种可选的方式中，激光系统包括至少两个接收机和至少两个接收机空间调制器，其中，至少两个接收机中一个接收机对应两个接收机空间调制器中的一个接收机空间调制器。发射机空间调制器还用于发送相位调制信息给至少两个接收机中的目标接收机；目标接收机还用于基于接收到的相位调制信息配置其对应的接收机空间调制器的相位调制与发射机空间调制器的相位调制互为反相。通过发射机空间调制器发送相位调制信息给多个接收机中的目标接收机，目标接收机基于相位调制信息对其对应的接收机空间调制器进行设置，可以实现一个发射机对应多个接收机的激光系统，适用性更强。

7、结合第一方面，在另一种可选的方式中，空间调制器为双向空间调制器，双向空间调制器设置于各谐振腔中靠近增益介质的一端。双向空间调制器用于通过第一波束调制模式将从发射机所在一端射入的光波束调制为下行无衍射光波束；双向空间调制器还用于通过第二波束调制模式将从接收机所在的一端射入的第一上行无衍射光波束调制为第二上行无衍射光波束。通过上述双向空间调制器的第一波束调制模式，发射机所在一端射入的光波束调制为下行无衍射光波束，下行无衍射光波束在上述谐振腔的传输过程中没有因为衍射带来的能量泄露损耗，保障了光波束的传输效率以及激光系统的安全性。同时，通过上述双向空间调制器的第二波束调制模式，使得第二上行无衍射光波束的相位分布与上述发射机射出的光波束的相位分布相同，从而该第二上行无衍射光波束再次由发射机反射并经过双向空间调制器后，其调制后的光波束依然可以无衍射传输再次到达上述接收机，从而在发射机与接收机之间可以形成来回光波束反射且不断地诱发新的受激辐射，当激光增益大于损耗时，可形成稳定无泄漏的激光。

8、结合第一方面，在另一种可选的方式中，激光系统中的空间调制器包括直线无衍射波束调制器或者曲线无衍射波束调制器中的一种，空间调制器的表现形式多样，适用性更强。

9、结合第一方面，在另一种可选的方式中，空间调制器为曲线无衍射波束调制器；激光系统还包括多个相位梯度纠正空间调制器，其中，多个相位梯度纠正空间调制器设置于各谐振腔中靠近部分透射反射镜的一端。多个相位梯度纠正空间调制器用于在发射机与接收机的相位梯度方向垂直时，调制下行无衍射光波束相位至下行无衍射光波束的相位梯度方向与接收机的相位梯度方向共面。通过多个相位梯度纠正空间调制器在上述发射机与上述接收机的相位梯度方向垂直时进行光波束调制，避免接收机空间调制器无法抵消发射机空间调制器对光波束相位调制的情况，适用性更强。

10、本技术实施例第二方面提供了一种激光系统控制的方法，激光系统中包括空间调制器、发射机和至少一个接收机，其中，发射机与至少一个接收机中一个接收机之间形成一个谐振腔，空间调制器设置于各谐振腔中靠近发射机的一端。在该方法中，空间调制器通过相位和/或幅度调制将发射机射出的光波束调制为下行无衍射光波束，下行无衍射光波束主瓣的能量沿第一路径传播到接收机；接收机基于下行无衍射光波束部分反射以得到向发射机发射的第一上行无衍射光波束；空间调制器通过相位和/或幅度调制将第一上行无衍射光波束调制为第二上行无衍射光波束并反射至发射机，第二上行无衍射光波束的相位分布和/或幅度分布与光波束的相位分布和/或幅度分布相同。在本技术中，通过空间调制器调制发射机射出的光波束得到的下行无衍射光波束、接收机基于下行无衍射光波束部分反射得到的第一上行无衍射光波束以及通过空间调制器调制第一上行无衍射光波束得到的第二上行无衍射光波束的主瓣能量一直保持不变，既没有扩散也没有衍射。进一步地，通过对上述第一上行无衍射光波束进行调制，使得发射机接收到的第二上行无衍射光波束抵消了对光波束进行相位和/或幅度调制的影响，即该第二上行无衍射光波束再次由发射机反射并经过空间调制器后，其调制后的光波束依然可以无衍射传输再次到达上述接收机，从而在发射机与接收机之间可以形成来回无衍射的光波束反射。光波束在发射机与接收机之间传输过程中没有因为衍射带来的能量泄露损耗，保障了光波束的传输效率以及激光系统的安全性。

11、结合第二方面，在一种可选的方式中，空间调制器为发射机空间调制器，激光系统中还包括至少一个接收机空间调制器，发射机空间调制器设置于各谐振腔中靠近增益介质的一端，接收机空间调制器设置于各谐振腔中靠近部分透射反射镜的一端。在该方法中，发射机空间调制器可以协同接收机空间调制器将部分透射反射镜部分反射下行无衍射光波束得到的第一上行无衍射光波束调制为第二上行无衍射光波束。该第二上行无衍射光波束抵消了对光波束进行相位和/或幅度调制的影响，即该第二上行无衍射光波束再次由发射机反射并经过空间调制器后，其调制后的光波束依然可以无衍射传输再次到达上述接收机，从而在发射机与接收机之间可以形成来回无衍射的光波束反射，提高了光波束的传输效率。

12、结合第二方面，在一种可选的方式中，激光系统包括至少两个接收机和至少两个接收机空间调制器，至少两个接收机中一个接收机对应一个接收机空间调制器。在该方法中，发射机空间调制器发送相位调制信息给至少两个接收机中的目标接收机；其中，相位调制信息用于指示目标接收机基于接收到的相位调制信息配置其对应的接收机空间调制器的相位调制与发射机空间调制器的相位调制互为反相，从而实现一个发射机对应多个接收机的激光系统，适用性更强。

13、结合第二方面，在一种可选的方式中，空间调制器为双向空间调制器，双向空间调制器设置于各谐振腔中靠近增益介质的一端。在该方法中，双向空间调制器通过第一波束调制模式将从发射机所在一端射入的光波束调制为下行无衍射光波束；双向空间调制器通过第二波束调制模式将从接收机所在的一端射入的第一上行无衍射光波束调制为第二上行无衍射光波束。

14、通过上述双向空间调制器的第一波束调制模式，发射机所在一端射入的光波束调制为下行无衍射光波束，下行无衍射光波束在上述谐振腔的传输过程中没有因为衍射带来的能量泄露损耗，保障了光波束的传输效率以及激光系统的安全性。同时，通过上述双向空间调制器的第二波束调制模式，使得第二上行无衍射光波束的相位分布与上述发射机射出的光波束的相位分布相同，从而该第二上行无衍射光波束再次由发射机反射并经过双向空间调制器后，其调制后的光波束依然可以无衍射传输再次到达上述接收机，从而在发射机与接收机之间可以形成来回光波束反射且不断地诱发新的受激辐射，当激光增益大于损耗时，可形成稳定无泄漏的激光。

15、结合第二方面，在一种可选的方式中，空间调制器为曲线无衍射波束调制器；系统还包括多个相位梯度纠正空间调制器，多个相位梯度纠正空间调制器设置于各谐振腔中靠近部分透射反射镜的一端；在该方法中，当发射机与接收机的相位梯度方向垂直时，通过多个相位梯度纠正空间调制器调制下行无衍射光波束相位至下行无衍射光波束的相位梯度方向与接收机的相位梯度方向共面。避免了接收机空间调制器无法抵消发射机空间调制器对光波束相位调制的情况，适用性更强。