實(shí)驗(yàn)名稱：雙路脈沖相干合成系統(tǒng)及主動(dòng)相位控制系統(tǒng)

測(cè)試設(shè)備：電壓放大器、光電探測(cè)器、低通濾波器、PZT等。

圖1：主動(dòng)相位控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

實(shí)驗(yàn)過(guò)程：

系統(tǒng)中HC探測(cè)器由波片，PBS和兩個(gè)光電探測(cè)器組成，光電探測(cè)器在PBS的s偏振端和p偏振端進(jìn)行探測(cè)，測(cè)得的強(qiáng)度信號(hào)通過(guò)差分放大器提取包含光程差相位信息的誤差信號(hào)，該誤差信號(hào)經(jīng)低通濾波器濾波后通過(guò)PI2D相位控制電路進(jìn)行反饋控制，反饋信號(hào)經(jīng)電壓放大器放大后對(duì)PZT進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制。主動(dòng)相位控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1所示。系統(tǒng)中采用的PZT控制精度為0.28μm/V，可承受的最高電壓為150V，最大伸長(zhǎng)量為42μm。通過(guò)調(diào)節(jié)相位控制電路的偏置電壓，可以對(duì)兩路脈沖之間的相位差進(jìn)行微調(diào)。當(dāng)外界環(huán)境變化或噪聲擾動(dòng)對(duì)光程差噪聲影響時(shí)，HC偏振探測(cè)器檢測(cè)得到的相位差發(fā)生改變，反饋信號(hào)通過(guò)改變PZT的驅(qū)動(dòng)電壓對(duì)光程差進(jìn)行相位補(bǔ)償。

圖2：光程差為0位置處鎖定前后探測(cè)器測(cè)得的功率起伏

實(shí)驗(yàn)中首先在光程差接近0處對(duì)合成前后合成光的功率變化進(jìn)行測(cè)量，通過(guò)微調(diào)控制電路偏置電壓，使系統(tǒng)的合成效率最高，此時(shí)認(rèn)為此時(shí)光程差為零，此時(shí)的鎖相效果如圖2所示。對(duì)相位鎖定系統(tǒng)性能進(jìn)行驗(yàn)證使，放大器輸出功率較低，此時(shí)不需要對(duì)開啟水冷對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行水冷散熱，外界環(huán)境擾動(dòng)對(duì)系統(tǒng)的影響較小。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

圖3：鎖定狀態(tài)下，光程差與系統(tǒng)合成效率之間的關(guān)系

通過(guò)調(diào)節(jié)電動(dòng)延時(shí)線的位置產(chǎn)生一定的光程差以驗(yàn)證鎖相系統(tǒng)的性能，圖3描述了不同光程差下系統(tǒng)合成效率的變化。

當(dāng)光程差在10μm范圍內(nèi)時(shí)，系統(tǒng)合成效率基本保持在90%以上；當(dāng)光程差增大至25μm時(shí)，系統(tǒng)合成效率下降至80%，由于此時(shí)系統(tǒng)輸出功率較低，合成效率的降低主要來(lái)自于光程失配，同時(shí)由于電動(dòng)光纖延時(shí)線運(yùn)動(dòng)過(guò)程中會(huì)對(duì)系統(tǒng)耦合產(chǎn)生一定的影響，從而影響輸出光斑質(zhì)量，因此空間光場(chǎng)位置失配也會(huì)導(dǎo)致部分合成效率的損耗；當(dāng)光程差大于60μm時(shí)，系統(tǒng)合成效率下降至60%，此時(shí)光程差失配是導(dǎo)致合成效率下降的主要因素，空間光場(chǎng)失配對(duì)系統(tǒng)合成效率的影響較??；當(dāng)光程差大于80μm時(shí)，此時(shí)促動(dòng)器已無(wú)法將兩路放大器之間的光程差補(bǔ)償至相干長(zhǎng)度范圍內(nèi)，主動(dòng)相位控制系統(tǒng)無(wú)法對(duì)光程差進(jìn)行補(bǔ)償，系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)合成光同相輸出，此時(shí)，光程差已超出相位控制系統(tǒng)的控制范圍。因此，主動(dòng)相位控制系統(tǒng)的控制范圍約±20μm，在此范圍內(nèi)，相位控制系統(tǒng)可以將合成效率提升至最優(yōu)值，超過(guò)此范圍，仍能實(shí)現(xiàn)一定程度的相位控制，但合成效率會(huì)有所下降，不能實(shí)現(xiàn)完全的相位補(bǔ)償。在該相位控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上對(duì)電動(dòng)延時(shí)線進(jìn)行補(bǔ)償控制，則可以實(shí)現(xiàn)更寬補(bǔ)償范圍的相位鎖定。

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審核編輯 黃宇