本發(fā)明屬于激光技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于角錐棱鏡相干合成激光器的自適應(yīng)驅(qū)動裝置，適用于多路激光器驅(qū)動及控制領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

高功率激光器在科學(xué)研究、工業(yè)加工和軍事武器等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用，而要實現(xiàn)高功率激光器，目前大多采用多路激光相干合成的方案，為了保證激光器輸出能量最集中，避免能量損失，多路激光的同步是非常重要的。在實際應(yīng)用過程中，由于受到線路、電子元器件以及其他電磁干擾等因素的影響，要想做到多路激光的絕對同步是非常困難的。因此，需要一種對多路激光進行同步驅(qū)動的裝置及方法，能夠?qū)す馄鞯尿?qū)動進行控制，并根據(jù)具體的應(yīng)用條件，自適應(yīng)地改變驅(qū)動的延時及脈寬，實現(xiàn)最大的能量輸出。

基于角錐棱鏡的相干合成激光器利用角錐棱鏡的反射特性，即不管入射光線與其底面成何種角度入射，光線經(jīng)棱鏡的三個反射面依次全反射后，出射光線始終是反向平行于入射光線，并以錐頂呈中心對稱分布。利用角錐棱鏡，以互注入鎖相的方式實現(xiàn)多根激光介質(zhì)的相位鎖定，使得多路激光的頻率、相位、脈寬盡可能保持一致，從而實現(xiàn)高功率、高光束質(zhì)量的相干合成激光輸出。但在實際應(yīng)用中，頻率、相位、脈寬不可能保證完全一致，傳統(tǒng)的方法是根據(jù)實驗結(jié)果或經(jīng)驗手動改變各路激光的驅(qū)動參數(shù)，耗時耗力，且存在一定誤差，而采用自適應(yīng)的驅(qū)動方法可以避免手動調(diào)節(jié)的誤差輸入，且快速穩(wěn)定，大幅提高激光器的相干性，從而保證高功率、高光束質(zhì)量的輸出。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對角錐棱鏡相干合成激光器，提供一種基于角錐棱鏡相干合成激光器的自適應(yīng)驅(qū)動裝置，可以對各路相干激光進行自動調(diào)整，解決激光相干合成輸出的同步問題，實現(xiàn)高功率、高光束質(zhì)量的激光輸出。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種基于角錐棱鏡相干合成激光器的自適應(yīng)驅(qū)動裝置，包括相干合成激光器，還包括信號采集模塊、信號處理模塊、信號運算模塊和信號功率放大模塊，相干合成激光器包括若干激光介質(zhì)以及與各個激光介質(zhì)對應(yīng)的泵浦源，各個激光介質(zhì)設(shè)置在輸出鏡和角錐棱鏡之間，激光介質(zhì)產(chǎn)生的激光經(jīng)過角錐棱鏡反射后注入到對應(yīng)的激光介質(zhì)，輸出鏡輸出相干激光，

信號采集模塊將每路相干激光轉(zhuǎn)換為相干激光電信號輸出到信號處理模塊；

信號處理模塊將相干激光電信號濾波后獲得相干激光頻率方波；

信號運算模塊通過各個相干激光頻率方波的首波時間計算各個相干激光的相位差；根據(jù)各個相干激光的相位差補償各個相干激光對應(yīng)的泵浦源的泵浦驅(qū)動信號獲得補償后的泵浦驅(qū)動信號，補償后的泵浦驅(qū)動信號輸出到信號功率放大模塊；

信號功率放大模塊根據(jù)補償后的泵浦驅(qū)動信號驅(qū)動泵浦源使得各個相干激光的相位差減小。

如上所述的信號采集模塊個數(shù)與相干激光的路數(shù)對應(yīng)，每個信號采集模塊包括濾光片、第一差分光電二極管、第二差分光電二極管和運算放大器，第一差分光電二極管和第二差分光電二極管分別對經(jīng)過濾光片過濾自然光后的同一相干激光進行采集并轉(zhuǎn)換為差值信號輸出到運算放大器，運算放大器對差值信號進行放大獲得相干激光電信號并將相干激光電信號輸出到信號處理模塊。

如上所述的信號處理模塊個數(shù)與相干激光的路數(shù)對應(yīng)，每個信號處理模塊包括濾波器和比較器，相干激光電信號通過濾波器濾波處理后輸入到比較器中，比較器將濾波后的相干激光電信號與設(shè)定閾值比較獲得相干激光頻率方波。

如上所述的信號運算模塊個數(shù)與相干激光的路數(shù)對應(yīng)，信號運算模塊包括觸發(fā)單元、計數(shù)單元和泵浦驅(qū)動信號產(chǎn)生單元，相干激光頻率方波輸入到觸發(fā)單元，計數(shù)單元計算各個相干激光頻率方波的首波觸發(fā)觸發(fā)單元的時間相對于基準(zhǔn)時間的時間差，進而獲得各個相干激光的相位差，泵浦驅(qū)動信號產(chǎn)生單元根據(jù)各個相干激光的相位差補償各個相干激光對應(yīng)的泵浦源的泵浦驅(qū)動信號獲得補償后的泵浦驅(qū)動信號，補償后的泵浦驅(qū)動信號通過隔離單元輸出到信號功率放大模塊。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點和效果：

1.采用雙路差分光電二極管將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，解決了傳統(tǒng)光電轉(zhuǎn)換存在的響應(yīng)速度慢、雜散光干擾、過飽和等問題，提高了控制精度。

2.通過改變激光器的驅(qū)動參數(shù)，解決基于角錐的多路激光相干合成的同步問題，提高激光器的相干合成效率，避免人工調(diào)整參數(shù)帶來的誤差，提高了激光器的穩(wěn)定性和工作效率。

3.通過閉環(huán)反饋，提高多路激光器驅(qū)動參數(shù)的自適應(yīng)性，克服因線路、電子元器件以及其他電磁干擾等因素造成的不同步問題，提高相干合成效率。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的整體原理示意圖；

圖2是相干合成激光器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是導(dǎo)光管的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是信號采集模塊的原理示意圖；

圖5是信號處理模塊的原理示意圖；

圖6是信號運算模塊的原理示意圖；

圖7是信號功率放大模塊的原理示意圖。

圖中：1-相干合成激光器；2-信號采集模塊；3-信號處理模塊；4-信號運算模塊；5-信號功率放大模塊；

101-激光介質(zhì)；102-泵浦源；103-輸出鏡；104-角錐棱鏡；105-驅(qū)動電極；106-固定支架；107-導(dǎo)光管；108-導(dǎo)光孔；

201-濾光片；202-第一差分光電二極管；203-第二差分光電二極管；204-運算放大器；205-第一偏置基準(zhǔn)電壓源；206-第二偏置基準(zhǔn)電壓源；207-第一限流電阻；208-第二限流電阻；

301-濾波器；302-比較器；

401-觸發(fā)單元；402-計數(shù)單元；403-泵浦驅(qū)動信號產(chǎn)生單元；404-隔離單元；

501-電流源；502-儲能電容；503-開關(guān)管；504-采樣電阻。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步說明，但本發(fā)明不限于這些實施例。

實施例1：

一種基于角錐棱鏡相干合成激光器的自適應(yīng)驅(qū)動裝置，包括相干合成激光器1，還包括信號采集模塊2、信號處理模塊3、信號運算模塊4和信號功率放大模塊5，相干合成激光器1包括若干激光介質(zhì)101以及與各個激光介質(zhì)101對應(yīng)的泵浦源102，各個激光介質(zhì)101設(shè)置在輸出鏡103和角錐棱鏡104之間，激光介質(zhì)101產(chǎn)生的激光經(jīng)過角錐棱鏡104反射后注入到對應(yīng)的激光介質(zhì)101，輸出鏡103輸出相干激光，

信號采集模塊2將每路相干激光轉(zhuǎn)換為相干激光電信號輸出到信號處理模塊3；

信號處理模塊3將相干激光電信號濾波后獲得相干激光頻率方波；

信號運算模塊4通過各個相干激光頻率方波的首波時間計算各個相干激光的相位差；根據(jù)各個相干激光的相位差補償各個相干激光對應(yīng)的泵浦源102的泵浦驅(qū)動信號獲得補償后的泵浦驅(qū)動信號，補償后的泵浦驅(qū)動信號輸出到信號功率放大模塊5；

信號功率放大模塊5根據(jù)補償后的泵浦驅(qū)動信號驅(qū)動泵浦源102使得各個相干激光的相位差減小。

信號采集模塊2個數(shù)與相干激光的路數(shù)對應(yīng)，每個信號采集模塊2包括濾光片201、第一差分光電二極管202、第二差分光電二極管203和運算放大器204，第一差分光電二極管202和第二差分光電二極管203分別對經(jīng)過濾光片201過濾自然光后的同一相干激光進行采集并轉(zhuǎn)換為差值信號輸出到運算放大器204，運算放大器204對差值信號進行放大獲得相干激光電信號并將相干激光電信號輸出到信號處理模塊3。

信號處理模塊3個數(shù)與相干激光的路數(shù)對應(yīng)，每個信號處理模塊3包括濾波器301和比較器302，相干激光電信號通過濾波器301濾波處理后輸入到比較器302中，比較器302將濾波后的相干激光電信號與設(shè)定閾值比較獲得相干激光頻率方波。

信號運算模塊4個數(shù)與相干激光的路數(shù)對應(yīng)，信號運算模塊4包括觸發(fā)單元401、計數(shù)單元402和泵浦驅(qū)動信號產(chǎn)生單元403，相干激光頻率方波輸入到觸發(fā)單元401，計數(shù)單元402計算各個相干激光頻率方波的首波觸發(fā)觸發(fā)單元401的時間相對于基準(zhǔn)時間的時間差，進而獲得各個相干激光的相位差，泵浦驅(qū)動信號產(chǎn)生單元403根據(jù)各個相干激光的相位差補償各個相干激光對應(yīng)的泵浦源102的泵浦驅(qū)動信號獲得補償后的泵浦驅(qū)動信號，補償后的泵浦驅(qū)動信號通過隔離單元404輸出到信號功率放大模塊5。

實施例2：

如圖2所示，一種基于角錐棱鏡相干合成激光器的自適應(yīng)驅(qū)動裝置，包括相干合成激光器1、信號采集模塊2、信號處理模塊3、信號運算模塊4和信號功率放大模塊5。

相干合成激光器1包括若干激光介質(zhì)101以及與各個激光介質(zhì)101對應(yīng)的泵浦源102，各個激光介質(zhì)101設(shè)置在輸出鏡103和角錐棱鏡104之間，激光介質(zhì)101產(chǎn)生的激光經(jīng)過角錐棱鏡104反射后注入到對應(yīng)的激光介質(zhì)101，輸出鏡103輸出相干激光。

在本實施例中，激光介質(zhì)101為6路，且相互平行設(shè)置。6路激光介質(zhì)101安裝在固定支架106上，泵浦源102可以采用氪燈，每個泵浦源102兩端均設(shè)置有驅(qū)動電極105，通過給兩個驅(qū)動電極105加驅(qū)動電流，使泵浦源102（氪燈）發(fā)光，激光介質(zhì)101受激產(chǎn)生激光，6路激光經(jīng)過角錐棱鏡101互注入作用后，再經(jīng)過輸出鏡103形成諧振腔，從而產(chǎn)生6路相干激光輸出，6路相干激光分別進入導(dǎo)光管107的6個導(dǎo)光孔108中，在各個導(dǎo)光孔108內(nèi)均分別安裝濾光片201、第一差分光電二極管202、第二差分光電二極管203，每個導(dǎo)光孔108內(nèi)的兩個光電二極管（202、203）緊密排列，每個導(dǎo)光孔108內(nèi)的第一差分光電二極管202、第二差分光電二極管203同時采集經(jīng)過濾光片201濾光后的相干激光，經(jīng)過6個導(dǎo)光孔108后，可同時采集6路相干激光，并轉(zhuǎn)換成相干激光電信號，采用第一差分光電二極管202、第二差分光電二極管203對同一相干激光進行采集的優(yōu)點是可以消除光電二極管的瞬態(tài)干擾，避免由于光電二極器件自身的差異造成信號采集不準(zhǔn)的問題。

如圖3所示，將第一偏置基準(zhǔn)電壓源205加到第一差分光電二極管202上，將第二偏置基準(zhǔn)電壓源206加到第二差分光電二極管203上，經(jīng)過第一限流電阻207和第二限流電阻208將第一差分光電二極管202、第二差分光電二極管203輸出的電流限定在20ma以內(nèi)，當(dāng)相干激光出光時，6路相干激光分別經(jīng)過6個導(dǎo)光孔108，每個導(dǎo)光孔108內(nèi)安裝的第一差分光電二極管202、第二差分光電二極管203同時采集該路相干激光，并將相干激光轉(zhuǎn)換成差值信號，差值信號經(jīng)過運算放大器204后生成相干激光電信號傳輸?shù)叫盘柼幚砟K3。

如圖4所示，信號處理模塊3個數(shù)與相干激光的路數(shù)對應(yīng)，每個信號處理模塊3包括濾波器301和比較器302，相干激光電信號通過濾波器301濾波處理后輸入到比較器302中，比較器302將濾波后的相干激光電信號與設(shè)定閾值比較獲得相干激光頻率方波。

濾波器301包括低通濾波器和高通濾波器，由于激光器工作頻率為1hz-100hz，因此設(shè)計低通濾波器的截止頻率為1khz，高通濾波器的截止頻率為1hz，低通濾波器和高通濾波器組成一個通帶范圍為1hz-1khz的二階壓控電壓源帶通濾波器，主要濾除信號中1khz頻率以上的高頻雜波，再經(jīng)過比較器302，得到適合信號運算模塊4處理的相干激光頻率方波。

如圖5所示，信號運算模塊4個數(shù)與相干激光的路數(shù)對應(yīng)，信號運算模塊4包括觸發(fā)單元401、計數(shù)單元402和泵浦驅(qū)動信號產(chǎn)生單元403，相干激光頻率方波輸入到觸發(fā)單元401，計數(shù)單元402計算各個相干激光頻率方波的首波觸發(fā)觸發(fā)單元401的時間相對于基準(zhǔn)時間的時間差，進而獲得各個相干激光的相位差，泵浦驅(qū)動信號產(chǎn)生單元403根據(jù)各個相干激光的相位差補償各個相干激光對應(yīng)的泵浦源102的泵浦驅(qū)動信號獲得補償后的泵浦驅(qū)動信號，補償后的泵浦驅(qū)動信號通過隔離單元404輸出到信號功率放大模塊5。

在本實施例中，6路相干激光頻率方波分別進入信號運算模塊4的觸發(fā)單元401，以最先觸發(fā)觸發(fā)單元401的1路相干激光頻率方波的首波的觸發(fā)時間為基準(zhǔn)時間，依次計算接下來的5路相干激光頻率方波的首波觸發(fā)觸發(fā)單元401的時間與基準(zhǔn)時間的時間差，進而獲得各個相干激光的相位差。如果6路相干激光絕對相干時，各個相干激光應(yīng)該同步，但是由于受一些因素的影響，相干激光不可能同步，這也就是上述會產(chǎn)生相位差的原因。泵浦驅(qū)動信號產(chǎn)生單元403將各個相干激光對應(yīng)的相位差進行pid運算獲得補償后的泵浦驅(qū)動信號。通過補償后的泵浦驅(qū)動信號驅(qū)動泵浦源102，使再次輸出的相干激光自適應(yīng)同步。

如圖6所示，信號功率放大模塊5包括電流源501、儲能電容502、開關(guān)管503和采樣電阻504。

泵浦驅(qū)動信號與開關(guān)管503的驅(qū)動極連接，電流源501的能量存儲在儲能電容502中，泵浦驅(qū)動信號為低電平時，開關(guān)管503始終關(guān)閉，當(dāng)有泵浦驅(qū)動信號為高電平時，開關(guān)管503開通，開關(guān)管503的開關(guān)兩端與泵浦源102（氪燈）的驅(qū)動電極105按照正負極的順序串聯(lián)，并經(jīng)過采樣電阻504后接地，形成完整的回路，采樣電阻504上產(chǎn)生的電壓反饋給電流源501，從而形成閉環(huán)，使流經(jīng)泵浦源102的電流保持恒定。

其他與實施例1一致。

本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。