光纤激光相干合成控制系统优化分析

论文摘要

激光相干合成技术是实现高功率高亮度激光系统的重要技术途径,主动控制的MOPA方案相干合成由于其并联放大器数量及功率理论上没有上限而有着其技术上固有的优势。相位检测与控制技术是MOPA方案相干合成的核心,本文较为系统地对MOPA相干合成相位控制系统进行了理论分析与仿真实验,基于反馈控制系统模型得出了优化的控制系统传递函数。分析了光纤放大器相位噪声的特性及产生机理,模拟产生了与真实放大器相位噪声频谱类似的噪声,对比了常用的光学外差探测及解调技术,对适用于MOPA相位控制系统的多光路混频技术进行了理论推导与数值模拟,并提出了非解调信号处理方案。基于反馈控制理论建立了MOPA相位检测与控制系统模型,推导出优化的控制函数形式；对系统闭环状态相位噪声残差随系统参数的变化进行了数值模拟,得出优化系统参数,分析了该控制函数作用下系统的开环及闭环幅频特性和控制带宽,以及系统控制性能。对优化的控制系统进行相位检测与控制仿真实验,分别使用单频信号和模拟放大器噪声作为相位扰动,检验相位控制系统性能,并对非解调信号处理方案的控制系统稳态、暂态性能进行仿真。本文为MOPA相干合成相位控制系统的性能提供了理论分析方法,并为其优化设计提供了理论指导,对实现大功率激光放大器相干合成具有重要的参考价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 光纤激光相干合成技术概况
• 1.2 本课题国内外研究现状及发展趋势
• 1.3 课题研究的内容和意义
• 第二章 光纤放大器相位噪声的分析与检测
• 2.1 光纤放大器相位噪声特性分析与模拟
• 2.1.1 温度引起的光纤放大器的相位变化
• 2.1.2 光纤放大器相位噪声的频率
• 2.1.3 光纤放大器相位噪声的产生机制及数值模拟
• 2.2 外差信号的探测与解调
• 2.2.1 光学外差探测原理
• 2.2.2 外差信号的调制与解调
• 2.3 适用于MOPA相位控制的多光路混频检测技术
• 第三章 基于反馈控制理论的MOPA相干合成相位控制分析
• 3.1 相位噪声反馈控制系统模型
• 3.2 各外部因素对MOPA相干合成相位控制精度的影响
• 3.2.1 参考光相位对相位控制精度的影响
• 3.2.2 放大器相位噪声对相位控制精度的影响
• 3.2.3 系统测量噪声对相位控制精度的影响
• 3.3 MOPA系统PID控制函数优化设计
• 3.4 控制系统闭环相位残差的数值模拟
• 第四章 MOPA相干合成相位控制仿真及实验方案
• 4.1 单频相位噪声的仿真控制实验
• 4.2 光纤放大器模拟相位噪声的仿真控制实验
• 4.3 改变控制系统参数对相位控制的影响
• 4.4 非解调信号处理方案仿真实验
• 4.5 MOPA相干合成实验方案
• 4.6 本章小结
• 第五章 结论及下一步工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 在学期间发表的学术论文