基于复合环形腔的光纤激光阵列被动相干锁相研究

光纤激光器拥有很多其他激光器无法比拟的优点，尤其易于相干组束，可望实现高功率高光束质量激光，这是激光技术人员一直以来的梦想，所以，光纤激光相干组束技术已成为国际研究热点。鉴于目前相干组束关键技术难点：主动相干中电信号反馈控制相位慢、稳定性差、可扩展性差和其他组束技术中功率提升的局限。本项目提出开展新型复合环形腔光纤激光阵列相干组束技术研究，采用光信号反馈进行被动相位锁定，确保实时性，可靠性和稳定性，同时仅提取输出光场一小部分进行模式选择和反馈，消除系统功率提升对关键反馈元件带来的压力，同时该腔扩展性好，具有很好的可定标放大功能。本项目将在理论上深入分析光纤复合环形腔系统带宽、光纤长度变化、非线性相位等因素与相干亮度增益之间的关系，实验上建立复合环形腔系统并实现光纤激光阵列被动相位锁定，探索提高组束功率和数量的机理及可能的限制因素。

经过项目组成员的共同努力，本项目两年来取得了丰硕的成果。以提高系统输出功率为目标同时保证光束质量的前提下，开展了相干合成技术研究。利用环形腔这一新颖的结构，结合光纤激光器，实现了全光环路的被动相干合成。我们进行理论和实验的深入研究，主要取得如下几个方面的研究成果：.1..深入研究了复合环形腔被动相干合成技术在路数拓展和功率提升的可行性。通过理论仿真，理论仿真结果与报道的结果吻合很好，充分说明该结构能够实现16路-25路光纤激光的相干合成。.2..实验上我们也实现了不同路数，4路、8路光纤激光的相干合成，输出功率达到1066W。相干合成光束形成干涉条纹对比度达到87％。.3..为了研究复合环形腔的稳定性，我们开展了相位扰动研究，实验结果表明，系统在受到数十千赫兹频率的相位扰动后仍然能够实现一定程度的相位锁定。基于复合环形腔方法的光纤激光阵列相干合成在实际应用中具有很强的抗相位干扰能力。.4..复合环形腔的偏振特性研究结果说明，该系统的偏振自选择特性使得单个功率放大链路的制作在一定程度上摆脱了保偏器件的限制，有利于提升输出功率，降低成本，简化系统结构。.5..为了优化相干输出光束，我们提出光束集中度因子描述近场相关光束排列对远场输出的影响，同时进一步研究了相干光束的评价因子。.6..利用复合环形腔结构，我们对其功能进行了扩展，在连续波相干合成的基础上，实现脉冲激光的相干合成。.通过以上6个方面的深入研究，发表了高质量学术论文20篇，SCI收录12篇，EI7篇，国际会议2篇。申请专利6项。培养毕业博士生3名和硕士生1名。.综上，本项目的实施拓展了相干合成的技术手段，克服了已有技术中的一些局限，改进和提高了相干合成技术。利用复合环形腔这一手段探索了提高相干合成的功率和相干合成的数量的机理及可能限制因素，建立可定标放大的技术途径，为高功率高质量实用化激光系统奠定坚实的理论和实验基础，全面完成任务书的研究目标。