具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在一个实施例中，如图2所示，提供了一种激光相干阵列分布式相位控制系统，该系统包括：激光相干阵列输出模块和分布式相位控制模块；分布式相位控制模块包括：小透镜阵列208、多个二级相位调制器209、多个光纤耦合器210、1个光纤端帽212、多个光电探测器211、一级相位控制系统213、二级相位控制系统214。

作为优选，激光相干阵列输出模块包括：激光种子源201，激光分束器202以及2条以上光通路；光通路包括依次光路连接的一级相位调制器203、激光级联放大器204、激光准直器205、分光镜206以及激光扩束器207。激光种子源201、激光分束器202以及光通路依次光路连接。激光分束器202将激光种子源201产生的输入激光光束分为与光通路的数量对应的激光光束。

一级相位调制器203用于根据一级相位控制系统213输出的控制信号，校正系统相位噪声。激光扩束器207，一方面将分光镜阵列206输出的高功率激光进行扩束，以获得大口径发射、小的传输发散角；另一方面将相干阵列构建为分孔径发射方式，根据需求设置激光的排布形式。

经过分光镜206分光后的99.99％的激光能量传输到激光扩束器207，0.01％的激光能量射进分布式相位控制模块中的小透镜阵列208的对应小透镜中。

小透镜阵列208的小透镜与对应二级相位调制器209光路连接，二级相位调制器208两个一组与一个第一级光纤耦合器210光路连接，第一级光纤耦合器210两个一组与一个第二极光纤耦合器210光路连接，直到光纤耦合器210的数量为1个时，则为最后一个光纤耦合器210，光纤端帽212与最后一个光纤耦合器210连接；二级相位调制器209根据二级相位控制系统214施加的特定电压值对小透镜输出的激光光束施加活塞相移。

二级相位调制器209的数量与激光相干阵列输出模块中光通路的数量对应。

光纤端帽212，用于将最后一个光纤耦合器210输出的一路激光进行阻挡，防止其泄露到空间中。

光电探测器211，用于探测光纤耦合器210输出的激光能量，通过光电转换，将光信号转变为数字信号，并将电信号传输至一级相位控制系统213。

光电探测器211的数量与光纤耦合器210的数量对应，光纤耦合器210的数量比二级相位调制器209数量少一个。

一级相位控制系统213将数字信号进行运算处理，并根据预定的相位控制算法输出控制信号，并将所述控制信号输入到激光相干阵列输出模块中203对激光相位进行控制使激光相干阵列输出模块输出满足需求的激光相干阵列。

二级相位控制系统214，用于控制二级相位调制器209，通过对各二级相位调制器209施加特定的电压值，使得各子光束的活塞相位发生改变，从而控制阵列光束在远场的相干合成效果。

上述一种激光相干阵列分布式相位控制系统中，所述系统包括：激光相干阵列输出模块和分布式相位控制模块；分布式相位控制模块包括小透镜阵列、多个二级相位调制器、多个光纤耦合器、1个光纤端帽、多个光电探测器、一级相位控制系统、二级相位控制系统。二级相位控制器可有效控制阵列激光的波前信息，从而使得阵列激光的相干合成效果可以实时控制；光纤耦合器将阵列光束的相位信息进行两两耦合探测，采用分组探测的方式无需对整个阵列光束的相位信息进行统一探测，降低算法迭代时间，提高了系统的相位控制带宽，克服了已有相干阵列相位控制带宽随着阵列数目增多而大幅度下降的缺陷，提高了系统路数拓展的可行性；同时该相位控制模块具有全光纤化的特点，克服了空间光路中需要激光合束器、空间光程调节器件等复杂器件的不足，不仅操作便利而且降低了热管理方面的压力，进一步提高了系统结构的紧凑性和可操作性。

在其中一个实施例中，激光相干阵列输出模块包括：一级相位调制器；系统用于相位控制的方式为：一级相位调制器根据一级相位控制系统输出的控制信号校正系统相位噪声后，通过二级相位调制器对通过的各子光束施加活塞相移，并在下一次相位锁定时，改变发射光束的活塞相位，使相位改变后的活塞相位与二级相位调制器施加的活塞相位相共轭，并通过二级相位调制器构建发射光束的波前，控制其远场相干合成的效果。

在其中一个实施例中，光纤耦合器为2×2光纤耦合器或其他类似的光纤耦合器；光纤耦合器用于将两路子光束的激光能量耦合输出，通过控制其相位可以有效改变输出的两路激光能量的配比，便于后端相位控制系统进行相位控制。

在其中一个实施例中，一级相位调制器与二级相位调制器均为LiNbO₃相位调制器。

在其中一个实施例中，小透镜阵列用于对各子光束进行聚焦，以将大部分激光能量集中在小光斑上，便于将大部分激光能量耦合进光纤中。

在一个实施例中，如图3所述，提供了一种激光相干阵列分布式相位控制方法，方法用于对上述任一激光相干阵列分布式相位控制系统进行相位控制；其中；二级相位调制器和光电探测器数量为N，光纤耦合器数量为N-1；方法包括：

步骤300：将激光相干阵列输出模块输出的用于相位控制的多路控制激光束入射到小透镜阵列的对应小透镜中，将激光束耦合进光纤中。

步骤302：采用二级相位调制器对耦合后的激光束施加活塞相移，得到二级相位调制激光束。

步骤304：将二级相位调制激光束两两一组耦合进光纤耦合器中，用光电探测器探测光纤耦合器输出的激光能量并转换成数字信号，得到N-1路数字信号。

步骤306：将N-1路数字信号作为相位控制的反馈信号输送到一级相位控制系统中，并在一级相位控制系统中对数字信号进行运算处理，得到N路控制信号。

步骤308：将N路控制信号输入到激光相干阵列输出模块中一级相位调制器中，改变各路光束的活塞相位，并再次采集反馈信号进行迭代控制，直到反馈信号达到最优，实现阵列激光同相位输出。

步骤310：当系统实现相位锁定后，运行二级相位控制系统，对N个二级相位调制器施加特定电压信号，使得各子光束的活塞相位发生改变，从而使发射的阵列激光的等效的波前信息发生改变，进而控制其在远场相干合成效果。

上述激光相干阵列分布式相位控制方法，通过控制二级相位调制器，可以有效控制阵列激光的波前信息，从而使得阵列激光的相干合成效果可以实时控制；又由于通过光纤耦合器将阵列光束的相位信息进行两两耦合探测，采用分组探测的方式无需对整个阵列光束的相位信息进行统一探测，算法迭代时间将有效降低，有利于提高系统的相位控制带宽，克服了已有相干阵列相位控制带宽随着阵列数目增多而大幅度下降的缺陷，提高了系统路数拓展的可行性；同时该相位控制模块具有全光纤化的特点，克服了空间光路中需要激光合束器109、空间光程调节器件108等复杂器件的不足，不仅操作便利而且降低了热管理方面的压力，进一步提高了系统结构的紧凑性和可操作性。

在其中一个实施例中，步骤310还包括：对N路二级相位调制器依次施加相相对应的电压，使得二级相位调制器按照顺序从第1路到第N路依次产生相位为其中其中L表示在远场相干合成生成拓扑荷数；通过控制二级相位调制器使得发射的阵列激光相位在下一步的算法运行时变成与二级相位调制器施加的相位共轭，得到发射的阵列激光的活塞相位分布为 根据发射的阵列激光的活塞相位分布使得阵列激光具备呈阶梯分布的螺旋相位波前，并在远场相干合成生成拓扑荷数为L的涡旋光束；当再次改变施加的相位后，可在远场生成另一拓扑荷数的涡旋光束。

应该理解的是，虽然图3的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图3中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

在一个实施例中，对激光相干阵列分布式相位控制系统进行控制生成高功率涡旋光束等结构光。提供了一种涡旋光束模式高速切换方法，步骤如下：

首先，种子激光201经过激光分束器202分为N路激光输出，后每一路激光再一级相位调制器203、级联放大器204后实现高功率的激光输出，再经准直器205以及分光镜阵列206将阵列激光分为两个部分，99.99％的激光能量发射到对应的N个激光扩束器207中，将N路光束扩束后排列成特定阵列激光发射形式输出；0.01％的激光能量透过分光镜阵列206并用于相位控制。

其次，0.01％的激光能量经过小透镜阵列208后耦合进光纤中，再经过二级相位调制器209耦合进光纤耦合器210中，最后由光电探测器211进行探测光纤耦合器210输出的激光能量并转换成数字信号，作为相位控制的反馈信号输送到一级相位控制系统213中；经过一级相位控制系统213的处理运算，生成N路控制信号，分别控制一级相位调制器203，改变各路光束的活塞相位，后又再次采集反馈信号进行迭代控制，直到反馈信号达到最优，实现阵列激光同相位输出。

最后，当系统实现相位锁定后，运行二级相位控制系统214，对N个二级相位调制器209施加特定电压信号大小，其信号大小跟LiNbO₃相位调制器的电压相移曲线相对应；为了获得拓扑荷数为L的涡旋光束，对N路二级相位调制器209依次施加相位从L×2π/N到L×2π相对应的电压大小，使得二级相位调制器209按照顺序从第1路到第N路依次产生相位为L×2π/N，2×L×2π/N，……，L×2π；从而使得发射的阵列激光相位在下一步的算法运行时，变成与二级相位调制器209施加的相位共轭，此时发射的阵列激光的活塞相位分布为-L×2π/N，-2×L×2π/N，……，-L×2π；从而使得阵列激光具备呈阶梯分布的螺旋相位波前，最终在远场相干合成生成拓扑荷数为L的涡旋光束；当再次改变施加的相位后，可在远场生成另一拓扑荷数的涡旋光束。

因此，通过控制二级相位调制器209，可以有效控制发射的阵列激光的相位波前，从而使得阵列激光具备拓扑荷数为某数值的螺旋相位波前，进而在远场相干合成生成涡旋光束；又由于一级相位调制器203与二级相位调制器209均为LiNbO₃相位调制器，其响应频率高达数GHz，精度高达波长的千分之一，为此，采用该方法生成的涡旋光束，其模式具有高速切换的能力，与采用液晶空间光相位调制器生成的涡旋光束相比，其切换速度可从KHz量级提升到MHz乃至GHz量级，为其更多应用需求提供一种新颖的方法。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。