基于光束稳定闭环控制的激光束共孔径功率合成系统

摘要

基于光束稳定闭环控制的激光束共孔径功率合成系统，其要解决的技术问题是：针对两路不同波长的激光束，采用光束稳定闭环控制方法进行光束高精度合成。两路激光分别经各自的倾斜镜和传输镜后，在合成镜上实现光束耦合，同时合成传感器通过色散元件分束成像的方式探测各路光束的指向误差信息，并通过计算和处理，把光束指向误差信息转换成驱动电压，驱动倾斜镜进行角度偏转，消除光束指向误差，最终实现多路光束的高速、高精度合成，提高目标点的功率密度；合成光束路数可根据实际需要进行扩展。本发明可用于材料科学、核工业、加工、科研等诸领域，连续性好、稳定性高、抗干扰能力强，适合长时间连续工作条件下多路激光束的高精度非相干合成。

主权项

基于光束稳定闭环控制的激光束共孔径功率合成系统，其特征在于包括：两路激光束（1‑5、1‑6）、光束传输耦合子系统、光束稳定控制子系统；所述光束传输耦合子系统执行光束传输和耦合的功能，包括两个倾斜镜（1‑4和1‑7）、三个传输镜（1‑1、1‑2和1‑3）和合成镜（1‑11）；所述光束稳定控制子系统执行光束指向信息探测、处理及控制功能，包括合成传感器（1‑10）、高速处理机（1‑9）、高压放大器（1‑8）和两个倾斜镜（1‑4和1‑7），其中两个倾斜镜（1‑4和1‑7）兼有光束传输耦合和光束稳定控制的功能，为光束传输耦合子系统、光束稳定控制子系统共用；合成传感器（1‑10）包括缩束镜组（2‑1）、聚焦镜组（2‑2）和探测器（2‑3）；所述光束传输耦合过程如下：两路激光束（1‑5和1‑6）分别经过各自的倾斜镜（1‑4和1‑7）、传输镜（1‑1、1‑2和1‑3）传输到合成镜（1‑11），第一激光束（1‑5）绝大部分能量作为主光束经过合成镜（1‑11）反射出去，极小部分能量作为测量光束经过合成镜（1‑11）透射进入合成传感器（1‑10）；第二激光束（1‑6）绝大部分能量作为主光束经过合成镜（1‑11）透射出去，极小部分能量作为测量光束经过合成镜（1‑11）反射进入合成传感器（1‑10）；两路激光束的主光束根据实际需要对接发射聚焦系统（1‑12）作用于目标（1‑13）上；所述光束稳定闭环控制过程如下：两路激光束（1‑5和1‑6）的测量光束进入合成传感器（1‑10），经过缩束镜组（2‑1）缩束后变成平行光束，再经过聚焦镜组（2‑2）后，在探测器（2‑3）靶面聚焦成像，像点（2‑4）即代表测量光束的光束指向，两测量光束的光束指向误差可事先进行标定；探测器（2‑3）实时探测两路激光束（1‑5和1‑6）的光束指向误差信息，并实时送至高速处理机（1‑9），经高速处理机（1‑9）进行控制运算，将光束指向误差信息转换成控制信号，然后送至高压放大器（1‑8），以驱动相应的倾斜镜（1‑4和1‑7）发生偏转，使两路测量光束在合成传感器中的光束指向误差均得以消除，从而使聚焦像点重合；根据几何光学原理，测量光束聚焦成像像点（2‑4）与主光束聚焦发射到目标点（1‑13）时的聚焦光斑互为共轭，故当两测量光束经聚焦镜组（2‑2）成像的像点（2‑4）重合时，主光束经发射聚焦系统（1‑12）作用于目标点（1‑13）的光斑也重合。