實驗名稱：雙路脈沖相干合成系統(tǒng)及主動相位控制系統(tǒng)

測試設(shè)備：電壓放大器、光電探測器、低通濾波器、PZT等。

圖1：主動相位控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

實驗過程：

系統(tǒng)中HC探測器由波片，PBS和兩個光電探測器組成，光電探測器在PBS的s偏振端和p偏振端進行探測，測得的強度信號通過差分放大器提取包含光程差相位信息的誤差信號，該誤差信號經(jīng)低通濾波器濾波后通過PI2D相位控制電路進行反饋控制，反饋信號經(jīng)電壓放大器放大后對PZT進行驅(qū)動控制。主動相位控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡圖如圖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，最大伸長量為42μm。通過調(diào)節(jié)相位控制電路的偏置電壓，可以對兩路脈沖之間的相位差進行微調(diào)。當(dāng)外界環(huán)境變化或噪聲擾動對光程差噪聲影響時，HC偏振探測器檢測得到的相位差發(fā)生改變，反饋信號通過改變PZT的驅(qū)動電壓對光程差進行相位補償。

圖2：光程差為0位置處鎖定前后探測器測得的功率起伏

實驗中首先在光程差接近0處對合成前后合成光的功率變化進行測量，通過微調(diào)控制電路偏置電壓，使系統(tǒng)的合成效率最高，此時認(rèn)為此時光程差為零，此時的鎖相效果如圖2所示。對相位鎖定系統(tǒng)性能進行驗證使，放大器輸出功率較低，此時不需要對開啟水冷對系統(tǒng)進行水冷散熱，外界環(huán)境擾動對系統(tǒng)的影響較小。

實驗結(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

通過調(diào)節(jié)電動延時線的位置產(chǎn)生一定的光程差以驗證鎖相系統(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，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，系統(tǒng)合成效率下降至80%，由于此時系統(tǒng)輸出功率較低，合成效率的降低主要來自于光程失配，同時由于電動光纖延時線運動過程中會對系統(tǒng)耦合產(chǎn)生一定的影響，從而影響輸出光斑質(zhì)量，因此空間光場位置失配也會導(dǎo)致部分合成效率的損耗；當(dāng)光程差大于60μm時，系統(tǒng)合成效率下降至60%，此時光程差失配是導(dǎo)致合成效率下降的主要因素，空間光場失配對系統(tǒng)合成效率的影響較小；當(dāng)光程差大于80μm時，此時促動器已無法將兩路放大器之間的光程差補償至相干長度范圍內(nèi)，主動相位控制系統(tǒng)無法對光程差進行補償，系統(tǒng)難以實現(xiàn)合成光同相輸出，此時，光程差已超出相位控制系統(tǒng)的控制范圍。因此，主動相位控制系統(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，超過此范圍，仍能實現(xiàn)一定程度的相位控制，但合成效率會有所下降，不能實現(xiàn)完全的相位補償。在該相位控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上對電動延時線進行補償控制，則可以實現(xiàn)更寬補償范圍的相位鎖定。

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審核編輯 黃宇