基于空间啁啾的阵列光相位畸变实时溯源方法

The liquid crystal optical phase array (LCOPA) exhibit excellent properties including the capability of flexible controllability without inertia and easily realized miniaturization, which has become one of the core components in the high-precision ATP (acquisition, tracking and pointing) technology and has important high value in application of engineering in the field of the space optical communication. The further increase of CLCOPA performance need to high-precision phase compensation. But the real-time tracing problem of LCOPA phase distortion, that is how to find the posiiton of drive electrode who bring the phase distortion exactly in real-time, is still an urgent problem to be solved at present. This project will do some emphatic research the real-time tracing method of arrayed phase distortion of LCOPA based on special chirp by the optical frequency comb technique. This method uses the asynchronous optical sampling (ASOPS) and heterodyne detecting technique to LCOPA phase distortion sampling; uses the spectrum encoding method based on the spatial chirp to form the arrayed detecting spectrum; then realize the real-time tracing of LCOPA phase distortion by the spectrum decoding. This method provides the important basis of promotion for LCOPA performance.

液晶光学相控阵（LCOPA）以其高分辨、无惯性的灵活控制能力和易于小型化的独特优势，已成为高精度捕获、跟踪和瞄准系统的核心元件之一，并在空间多波束光通信领域有着重要的工程应用价值。目前LCOPA性能指标（如偏转精度、偏转效率等）的进一步提升急需对其进行高精度的相位溯源。而如何实现LCOPA波前相位畸变的实时溯源，即实时准确地溯源出引入相位畸变的外部驱动电极的位置，是一个急需解决的问题。本项目将采用时-频域精确控制的光学频率梳技术，提出一种基于空间啁啾的阵列光相位畸变溯源方法。该方法主要采用光学异步采样方式，结合相干外差探测方法，实现相位畸变的高精度快速采样；并基于空间啁啾技术，实现相位畸变的空间高分辨频谱编码；再利用互相关算法提取拍频信号中的有效相位畸变并进行频谱解码，从而有效地实现LCOPA相位畸变的实时溯源，为全面提升LCOPA的性能提供重要的依据。

本项目以LCOPA衍射光相位畸变特性为基础，开展了基于光频梳空间啁啾的波前相位检测方法，结合时频域精确可控的光频梳技术和双光梳异步外差采样技术，实现了高分辨大色散光啁啾，为空间精细分辨波前相位提供了可能；采用互相关函数的相位固定近似算法的非线性时频分析技术，对波前相位分布进行了实时溯源的测量，实现了LCOPA单个电极相位调制度的精确测量。开展了高分辨阵列光相位畸变频谱编码方法研究，设计光频梳的时-频域相关参数，研究光频梳的空间啁啾方法，实现了光频梳在空间上的频率啁啾，即在空间不同位置上形成小于驱动电极阵元最小间隔尺寸的高分辨阵列式畸变探测频谱。研究了相位畸变高精度频谱解码技术，采用频谱解码的方式准确地识别出高分辨阵列探测频谱的空间位置，进而得到相位畸变所对应的LCOPA驱动电极的位置，实现LCOPA波束相位畸变的实时溯源。项目推进了为有效提升LCOPA的工作性能起到了关键作用，推进了其在宽带卫星激光多波束通信领域的工程应用。在成果形式方面，解决了LOCPA全通道快速相位检测的技术难题，单次测量时间缩短至2us，将波前相位检测的空间分辨率提升至2um，从而实现了LCOPA单通道相位畸变的实时可溯源检测，为其高精度实时相位补偿提供了必要的依据，为其在下一代非机械式激光跟瞄系统中的工程应用奠定了扎实的基础。发表标注项目号SCI/EI论文6篇，申请中国发明专利3项，出版著作1部。