一种激光相位噪声欠采样测量方法、设备、介质及产品与流程

    技术2025-04-13  5


    本申请涉及相干合成,特别是涉及一种激光相位噪声欠采样测量方法、设备、介质及产品。


    背景技术:

    1、相干合成技术可以在提升激光功率的同时保持光束质量,是突破高能激光单口径输出功率限制的有效技术路径。相干合成要求各路激光相位同步,而由于受到热效应、机械振动、气流扰动和电源噪声等因素影响,激光相位不断变化,通常需要采用主动相位控制方法来校正相位噪声。准确测量和表征激光相位噪声,获得相位噪声频谱分布,一方面可以从噪声源的角度对其进行抑制,另一方面可以根据测量结果推演相位控制算法的带宽要求,对于相干合成系统的设计和实现意义重大。

    2、在相干合成领域,现有相位噪声测量方法主要有三种:外差法、零差法和抖动法。零差法和抖动法只能测量相位的正弦(或余弦),不能直接恢复相位,相比之下外差法则能同时获得相位的正弦和余弦,可以在单个周期内获得唯一相位值,进一步可通过解卷绕的方式跟踪任意范围的相位变化,是相位测量的首选方案。在外差法中,需要用到声光调制器(aom),其调制频率通常为100mhz量级,需要对该频率的信号进行数据采集和相位恢复,从而要求较高的采样率。然而,100khz频率范围的相位噪声表征足以覆盖相干合成的应用需求,高采样率会带来数据冗余、计算量大、硬件要求高的问题,特别是对于离线测量的方式,为了更准确地表征低频成分,需要采集较长时间范围的数据,测量仪器的存储能力有限,需要通过降低采样率来满足时长要求,从而限制了应用范围。


    技术实现思路

    1、本申请的目的是提供一种激光相位噪声欠采样测量方法、设备、介质及产品,可在欠采样和不损失测量精度的条件下完成相位噪声测量,进而降低数据存储和计算的要求。

    2、为实现上述目的,本申请提供了如下方案:

    3、第一方面,本申请提供了一种激光相位噪声欠采样测量方法,所述激光相位噪声欠采样测量方法应用于一种实验光路结构,所述实验光路结构包括:种子激光器、分束器、放大器、声光调制器、信号发生器、合束器、光探测器和示波器;

    4、所述种子激光器用于发出种子激光;

    5、所述分束器设置于所述种子激光器的输出光路上;所述种子激光器将种子激光进行分束,得到第一光束和第二光束;

    6、所述放大器设置于所述分束器的第一光束输出光路上;所述放大器用于对第一光束进行放大处理,得到测试光束;

    7、所述声光调制器设置于所述分束器的第二光束输出光路上;所述声光调制器还与所述信号发生器连接;所述声光调制器用于基于所述信号发生器的输出信号对第二光束进行调制生成参考光束;

    8、所述合束器设置于所述放大器的输出光路上;所述合束器还设置于所述声光调制器的输出光路上;所述合束器用于对所述测试光束和所述参考光束进行合束处理,得到合成光束;

    9、所述光探测器设置于所述合束器的输出光路上;所述光探测器用于获取拍频信号;

    10、所述示波器与所述光探测器连接;所述示波器用于对拍频信号进行波形检测,并对拍频信号进行下采样处理,得到下采样信号;

    11、所述激光相位噪声欠采样测量方法包括:

    12、获取下采样信号;所述下采样信号包括时间信号和电压信号;

    13、基于所述下采样信号的调制频率和采样率,确定所述下采样信号的最小积分点数;

    14、基于所述时间信号和所述调制频率,对所述电压信号进行i/q调制,得到第一调制信号和第二调制信号;

    15、基于所述最小积分点数对所述第一调制信号进行积分,得到第一调制积分信号;

    16、基于所述最小积分点数对所述第二调制信号进行积分,得到第二调制积分信号;

    17、基于所述第一调制积分信号和所述第二调制积分信号,确定单周期相位恢复值;

    18、基于单周期相位恢复值完成相位解卷绕,完成全周期相位恢复。

    19、可选地,基于所述下采样信号的调制频率和采样率,确定所述下采样信号的最小积分点数,包括:

    20、确定所述调制频率与所述采样率的比值为中间量;所述中间量为非整数;

    21、确定多个待定积分点数;任一所述待定积分点数与所述中间量的乘积均为整数;

    22、确定待定积分点数中的最小值为最小积分点数。

    23、可选地,所述第一调制信号为:

    24、;

    25、其中,为第一调制信号,为电压信号,为调制频率,为时间信号。

    26、可选地,所述第二调制信号为:

    27、;

    28、其中,为第二调制信号。

    29、可选地,所述第一调制积分信号为:

    30、;

    31、其中,为第一调制积分信号,为积分时间。

    32、可选地,所述第二调制积分信号为:

    33、;

    34、其中,为第二调制积分信号。

    35、可选地,所述单周期相位恢复值为:

    36、;

    37、其中,为单周期相位恢复值,angle(*)为角度函数,为虚数单位。

    38、第二方面,本申请提供了一种计算机设备,包括:存储器、处理器以存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,所述处理器执行所述计算机程序以实现上述激光相位噪声欠采样测量方法。

    39、第三方面,本申请提供了一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,该计算机程序被处理器执行时实现上述激光相位噪声欠采样测量方法。

    40、第四方面,本申请提供了一种计算机程序产品,包括计算机程序,该计算机程序被处理器执行时实现上述激光相位噪声欠采样测量方法。

    41、根据本申请提供的具体实施例,本申请公开了以下技术效果:

    42、本申请提供了一种激光相位噪声欠采样测量方法、设备、介质及产品,相比于传统的外差相位噪声测量方法,使用低带宽示波器就能完成测量,对采样率要求低,降低设备成本的同时,低频率表征范围更适配相干合成应用需求,解决了传统方案的数据冗余问题;此外,本申请利用积分解调方法进行相位补偿,参数简单且计算量小,具有更好的鲁棒性。



    技术特征:

    1.一种激光相位噪声欠采样测量方法,其特征在于,所述激光相位噪声欠采样测量方法应用于一种实验光路结构,所述实验光路结构包括:种子激光器、分束器、放大器、声光调制器、信号发生器、合束器、光探测器和示波器;

    2.根据权利要求1所述的激光相位噪声欠采样测量方法,其特征在于,基于所述下采样信号的调制频率和采样率,确定所述下采样信号的最小积分点数,包括:

    3.根据权利要求1所述的激光相位噪声欠采样测量方法,其特征在于,所述第一调制信号为:

    4.根据权利要求3所述的激光相位噪声欠采样测量方法,其特征在于,所述第二调制信号为:

    5.根据权利要求4所述的激光相位噪声欠采样测量方法,其特征在于,所述第一调制积分信号为:

    6.根据权利要求5所述的激光相位噪声欠采样测量方法,其特征在于,所述第二调制积分信号为:

    7.根据权利要求6所述的激光相位噪声欠采样测量方法,其特征在于,所述单周期相位恢复值为:

    8.一种计算机设备,包括:存储器、处理器以存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,其特征在于,所述处理器执行所述计算机程序以实现权利要求1-7中任一项所述的激光相位噪声欠采样测量方法。

    9.一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,该计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-7中任一项所述的激光相位噪声欠采样测量方法。

    10.一种计算机程序产品,包括计算机程序,其特征在于,该计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-7中任一项所述的激光相位噪声欠采样测量方法。


    技术总结
    本申请公开了一种激光相位噪声欠采样测量方法、设备、介质及产品,涉及相干合成技术领域,该方法包括:基于下采样信号的调制频率和采样率,确定下采样信号的最小积分点数;基于时间信号和调制频率,对电压信号进行I/Q调制,得到第一调制信号和第二调制信号;基于最小积分点数分别对第一调制信号和第二调制信号进行积分,得到第一调制积分信号和第二调制积分信号,进而确定单周期相位恢复值;基于单周期相位恢复值完成相位解卷绕,完成全周期相位恢复,本申请利用积分调节法能够在欠采样和不损失测量精度的条件下完成相位噪声测量,进而降低数据存储和计算的要求。

    技术研发人员:周宏冰,张昊宇,陶汝茂,刘辰旭,楚秋慧,闫玥芳,李峰云,舒强,董克攻,李芳,冯玉祥,张春,王信宇,温雨,黄伶俐
    受保护的技术使用者:中国工程物理研究院激光聚变研究中心
    技术研发日:
    技术公布日:2024/10/24
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