本發(fā)明涉及光束合成的技術領域，具體涉及一種用于多路脈沖光束時序合成的自動指向控制裝置，可用于改善脈沖光束時序合成后的光束質量。

背景技術：

單臺激光器輸出功率存在物理限制，為獲得更高的輸出功率，通常采用多臺子激光器光束合成的方式。光束合成方式包括相干合成與非相干合成兩種。相干合成對各子激光器的線寬、偏振態(tài)、相位有嚴格的要求，實現(xiàn)較為困難。與相干合成相比，非相干合成方式對與子激光器相位等沒有嚴格限制，結構簡單，易于實現(xiàn)。非相干合成主要包括譜合成、偏振合成、非相干組束以及時序合成等方式。其中時序合成方式理論上合成后光束質量與單束激光相同，具有良好的發(fā)展前景。

時序合成的核心器件是基于折射原理的合束轉盤。合束轉盤上均勻分布合束晶體和合束孔，通過精確控制轉盤轉速、位置以及子激光器出光時序實現(xiàn)光束時序合成(見于李紅敏，左軍衛(wèi)，徐健，徐一汀，彭欽軍，許祖彥，“脈沖激光的非相干合成技術研究”，激光技術.39,237-241,2015)。受到子激光光軸抖動、合束轉盤振動、合束晶體表明不平行等因素的影響，合成后各子光束的指向無法保持一致，降低了合成光束質量。為了獲得良好的合成光束質量，必須對各子激光的指向做有效控制。目前尚未有時序合成光束指向控制裝置或方法的報道。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術問題是：解決脈沖光束時序合成各子光束指向不一致問題，提供一種用于脈沖光束時序合成的指向控制裝置，提高合成后的光束質量。

本發(fā)明解決上述技術問題采用的技術方案是：一種用于多路脈沖光束時序合成的自動指向控制裝置，該裝置由1號脈沖子激光器、2號脈沖子激光器、1號可調反射鏡、2號可調反射鏡、合束轉盤、成像鏡頭、光電傳感器、1號觸發(fā)信號源、2號觸發(fā)信號源、處理系統(tǒng)與信號發(fā)生器組成；1號觸發(fā)信號源與1號脈沖子激光器、光電傳感器和處理系統(tǒng)通過數據線纜連接；2號觸發(fā)信號源與2號脈沖子激光器、光電傳感器和處理系統(tǒng)通過數據線纜連接；處理系統(tǒng)與光電傳感器和1號可調反射鏡、2號可調反射鏡通過數據線纜連接；光電傳感器置于成像鏡頭的焦平面；信號發(fā)生器與1號觸發(fā)信號源、2號觸發(fā)信號源通過數據線纜連接。1號觸發(fā)信號源輸出脈沖觸發(fā)信號時，1號脈沖子激光器輸出激光，光電傳感器探測光斑位置并發(fā)送到處理系統(tǒng)，處理系統(tǒng)根據接收到的光斑位置信號驅動1號可調反射鏡動作；1號觸發(fā)信號源輸出脈沖觸發(fā)信號時2號觸發(fā)信號源不輸出觸發(fā)信號，2號脈沖子激光器不輸出激光。2號觸發(fā)信號源輸出脈沖觸發(fā)信號時，2號脈沖子激光器輸出激光，光電傳感器探測光斑位置并發(fā)送到處理系統(tǒng)，處理系統(tǒng)根據接收到的光斑位置信號驅動2號可調反射鏡動作；2號觸發(fā)信號源輸出脈沖觸發(fā)信號時1號觸發(fā)信號源不輸出觸發(fā)信號，1號脈沖子激光器不輸出激光。處理系統(tǒng)根據接收到的觸發(fā)信號源觸發(fā)信號判斷當前輸出激光的脈沖子激光器，控制該子激光器對應的可調反射鏡偏轉，使光電傳感器探測到的光斑位置達到基準預定位置。

其中，信號發(fā)生器發(fā)出第奇數個脈沖信號時，1號觸發(fā)信號源輸出脈沖觸發(fā)信號，1號脈沖子激光器輸出激光，2號觸發(fā)信號源不輸出脈沖觸發(fā)信號，2號脈沖子激光器不輸出激光。

其中，信號發(fā)生器發(fā)出第偶數個脈沖信號時，2號觸發(fā)信號源輸出脈沖觸發(fā)信號，2號脈沖子激光器輸出激光，1號觸發(fā)信號源不輸脈沖出觸發(fā)信號，1號脈沖子激光器不輸出激光。

其中，1號可調反射鏡和2號可調反射鏡可以是壓電陶瓷、電致伸縮材料、音圈電機驅動器傾斜鏡，也可以是安裝在電控鏡架上的反射鏡。

其中，光電傳感器可以是ccd或cmos相機，也可以是四象限探測器或psd。

其中，處理系統(tǒng)可以是計算機，也可以是專用集成電路板。

另外提供一種用于脈沖光束時序合成的自動指向控制裝置的控制方法，處理系統(tǒng)根據接收到的觸發(fā)信號判斷當前輸出激光的脈沖子激光器，控制該脈沖子激光器對應的可調反射鏡動作，使光電傳感器探測到的光斑位置達到基準預定位置，具體實現(xiàn)步驟如下：

步驟1).指定光電傳感器上的位置坐標(x0，y0)作為光斑基準位置，通常(x0，y0)選為光電傳感器的中心；

步驟2).處理系統(tǒng)接收到1號觸發(fā)信號源的脈沖觸發(fā)信號時，表明1號脈沖子激光器輸出激光，處理系統(tǒng)接收光電傳感器輸出的光斑位置坐標(x1，y1)計算光斑坐標偏差(δx1，δy1)，其中δx1＝x1-x0，δy1＝y(tǒng)1-y0，處理系統(tǒng)向1號可調反射鏡輸出偏轉控制信號使其偏轉，令光斑位置達到(x0，y0)，在此過程中維持2號可調反射鏡指向不變；

步驟3).處理系統(tǒng)接收到2號觸發(fā)信號的脈沖觸發(fā)信號時，表明2號脈沖子激光器輸出激光，處理系統(tǒng)接收光電傳感器輸出的光斑位置坐標(x2，y2)計算光斑坐標偏差(δx2，δy2)，其中δx2＝x2-x0，δy2＝y(tǒng)2-y0，處理系統(tǒng)向2號可調反射鏡輸出偏轉控制信號使其偏轉，令光斑位置達到(x0，y0)，在此過程中維持1號可調反射鏡指向不變；

步驟4).重復執(zhí)行步驟2)與步驟3)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)結構示意圖，其中1為1號脈沖子激光器，2為2號脈沖子激光器，3為1號可調反射鏡，4為2號可調反射鏡，5為合束轉盤，6為成像鏡頭，7為光電傳感器，8為1號觸發(fā)信號源，9為2號觸發(fā)信號源，10為處理系統(tǒng)，11為信號發(fā)生器。

圖2為本發(fā)明用于2臺脈沖子激光器時序合成指向控制時的工作時序圖。

具體實施方式

下面結合附圖以及具體實施方式進一步說明本發(fā)明。

如圖1所示，一種用于多路脈沖光束時序合成的自動指向控制裝置，該裝置由1號脈沖子激光器1、2號脈沖子激光器2、1號可調反射鏡3、2號可調反射鏡4、合束轉盤5、成像鏡頭6、光電傳感器7、1號觸發(fā)信號源8、2號觸發(fā)信號源9、處理系統(tǒng)10和信號發(fā)生器11組成。1號觸發(fā)信號源8與1號脈沖子激光器1、光電傳感器7和處理系統(tǒng)10通過數據線纜連接；2號觸發(fā)信號源9與2號脈沖子激光器2、光電傳感器7和處理系統(tǒng)10通過數據線纜連接；處理系統(tǒng)10與光電傳感器7、1號可調反射鏡3、2號可調反射鏡4通過數據線纜連接；信號發(fā)生器11與1號觸發(fā)信號源8、2號觸發(fā)信號源9通過數據線纜連接；光電傳感器7置于成像鏡頭6的焦平面。利用光電傳感器7上的光斑位置確定光束指向。其中1號可調反射鏡3和2號可調反射鏡4可以是壓電陶瓷、電致伸縮材料、音圈電機等驅動器傾斜鏡，也可以是安裝在電控鏡架上的反射鏡。光電傳感器7可以是ccd或cmos相機，也可以是四象限探測器或psd。處理系統(tǒng)10可以是計算機，也可以是專用集成電路板。

信號發(fā)生器11發(fā)出第奇數個脈沖信號時，1號觸發(fā)信號源8輸出的脈沖觸發(fā)信號處在上升沿或高電平，1號脈沖子激光器1出光，此時2號脈沖子激光器2不出光。光電傳感器7探測光斑位置并發(fā)送到處理系統(tǒng)10。處理系統(tǒng)10根據接收到的光斑位置信號驅動1號可調反射鏡3偏轉，調整1號脈沖子激光器1的光束指向。

信號發(fā)生器11發(fā)出第偶數個脈沖信號時，2號觸發(fā)信號源9輸出的脈沖觸發(fā)信號處在上升沿或高電平，2號脈沖子激光器2出光，此時1號脈沖子激光器1不出光。光電傳感器7探測光斑位置并發(fā)送到處理系統(tǒng)10。處理系統(tǒng)10根據接收到的光斑位置信號驅動2號可調反射鏡4偏轉，調整2號脈沖子激光器2的光束指向。

當光電傳感器7是ccd或cmos相機時，光斑位置通過計算相機采集到的光斑質心位置得到；當光電傳感器7是四象限探測器或psd時，直接輸出光斑位置信號。

處理系統(tǒng)10根據接收到的觸發(fā)信號判斷當前輸出激光的脈沖子激光器，并控制該脈沖子激光器對應的可調反射鏡動作，使光電傳感器(7)探測到的光斑位置達到基準位置，具體實現(xiàn)步驟如下：

步驟1).指定光電傳感器7上的位置坐標(x0，y0)作為光斑基準位置，通常(x0，y0)選為光電傳感器7的中心。

步驟2).處理系統(tǒng)10接收到1號脈沖觸發(fā)信號8時，表明1號脈沖子激光器1正在輸出激光，處理系統(tǒng)10接收光電傳感器7輸出的光斑位置坐標(x1，y1)計算光斑坐標偏差(δx1，δy1)，其中δx1＝x1-x0，δy1＝y(tǒng)1-y0，處理系統(tǒng)10向1號可調反射鏡3輸出偏轉控制信號使其偏轉，令光斑位置達到(x0，y0)。在此過程中維持2號可調反射鏡4指向不變。

步驟3).處理系統(tǒng)10接收到2號脈沖觸發(fā)信號9時，表明2號脈沖子激光器2輸出激光，處理系統(tǒng)10接收光電傳感器7輸出的光斑位置坐標(x2，y2)計算光斑坐標偏差(δx2，δy2)，其中δx2＝x2-x0，δy2＝y(tǒng)2-y0，處理系統(tǒng)10向2號可調反射鏡4輸出偏轉控制信號使其偏轉，令光斑位置達到(x0，y0)。在此過程中維持1號可調反射鏡4指向不變。

步驟4).重復執(zhí)行步驟2)與步驟3)。

其中處理系統(tǒng)10采用pid控制器控制1號可調反射鏡3和2號反射鏡4偏轉。pid控制器原理和實現(xiàn)方式屬于本領域公知技術，在此不再贅述。

上述實施方式以2臺脈沖子激光器時序合成指向控制為例進行說明。用于更多臺脈沖子激光器時序合成指向控制時，僅需要為每臺子激光器再配置一個可調反射鏡與一臺觸發(fā)信號源，連接方式與控制原理與上述說明一致。

實施例

用于兩路脈沖光束時序合成的自動指向控制裝置，1號子激光器與2號子激光器重復頻率均為1000hz。信號發(fā)生器輸出頻率為2000hz的ttl脈沖信號，高電平觸發(fā)；1號觸發(fā)信號源與2號觸發(fā)信號源輸出頻率均為1000hz的ttl脈沖信號，高電平觸發(fā)；光電傳感器選用cmos相機，采樣率為2000hz；可調反射鏡選用壓電陶瓷驅動器傾斜鏡，動作頻率為1000hz；處理系統(tǒng)采用基于實時linux操作系統(tǒng)的計算機，處理頻率為2000hz。當信號發(fā)生器輸出第1、3、5、7…個脈沖時，1號觸發(fā)信號源輸出ttl脈沖觸發(fā)信號；當信號發(fā)生器輸出第2、4、6、8…個脈沖時，2號觸發(fā)信號源輸出ttl脈沖觸發(fā)信號。圖2給出了本裝置工作的時序圖。圖中脈沖子激光器出光時用1表示，不出光時用0表示。光電探測器探測光斑時用1表示，不工作時用0表示。處理系統(tǒng)解算控制信號時用1表示，不工作時用0表示?？烧{反射鏡偏轉用1表示，保持位置用0表示。