Author Affiliations
Abstract
1 College of Advanced Interdisciplinary Studies, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
2 Nanhu Laser Laboratory, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
3 Hunan Provincial Key Laboratory of High Energy Laser Technology, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
The high-power mode-programmable orbital angular momentum (OAM) beam has attracted significant attention in a wide range of applications, such as long-distance optical communication, nonlinear frequency conversion, and beam shaping. Coherent beam combining (CBC) of an optical phased array (OPA) can offer a promising solution for both generating the high-power OAM beam and rapidly switching the OAM modes. However, achieving real-time phase noise locking and formation of desired phase structures in a high-power CBC system faces significant challenges. Here, an internal phase-sensing technique was utilized to generate the high-power OAM beam, which effectively mitigated thermal effects and eliminated the need for large optical devices. An OPA with six elements was employed for experimental demonstration. The first effective generation of over 1.5 kW mode-programmable OAM beam in a continuous-wave domain was presented. Moreover, the results demonstrated that the generated OAM beam could be modulated with multiple dimensions. The topological charge can be switched in real time from -1 to -2. Notably, this OAM beam emitter could function as an OAM beam copier by easily transforming a single OAM beam into an OAM beam array. More importantly, a comprehensive analysis was conducted on power scaling, mode switching speed, and expansion of OAM modes. Additionally, the system’s compact design enabled it to function as a packageable OAM beam emitter. Owing to the advantages of having high power and programmable modes with multiple dimension modulation in phase structures and intensity distribution, this work can pave the way for producing high-power structured light beams and advancing their applications.
orbital angular momentum optical vortex optical phased array coherent beam combining 
Chinese Optics Letters
2024, 22(2): 021402
作者单位
摘要
国防科技大学前沿交叉学科学院,湖南 长沙 410073
从文献引用的视角全面回顾总结了光纤激光相干合成二十余年的研究历程。按照学术发展初期、学术高速发展期、学术发展平缓期和技术发展关键期等4个阶段,分别介绍了光纤激光相干合成的代表性成果,分析并总结了学术水平和影响力较为突出的文献,梳理了光纤激光相干合成从概念提出到实际应用的演进脉络,研判了未来发展趋势。
激光光学 相干合成 光纤激光 研究历程 
中国激光
2024, 51(1): 0121002
周朴 1,**粟荣涛 1,2,3,*马阎星 1,2,3吴坚 1[ ... ]李俊 1
作者单位
摘要
1 国防科技大学前沿交叉学科学院,湖南 长沙 410073
2 国防科技大学南湖之光实验室,湖南 长沙 410073
3 国防科技大学脉冲功率激光技术国家重点实验室,湖南 长沙 410073
4 国防科技大学信息通信学院,湖北 武汉 430035
5 国防科技大学试验训练基地,陕西 西安 710106
主动相位控制光纤激光相干合成是突破单束光纤激光功率极限,实现更高功率输出,同时保持高光束质量的有效技术途径。本文结合国内外研究进展,介绍近20年来课题组在相关领域取得的代表性成果,并对未来发展方向进行分析研判。
光纤激光 相干合成 主动相位控制 
光学学报
2023, 43(17): 1700001
作者单位
摘要
1 国防科技大学前沿交叉学科学院,湖南 长沙 410073
2 国防科技大学南湖之光实验室,湖南 长沙 410073
3 国防科技大学高能激光技术湖南省重点实验室,湖南 长沙 410073
高精度光程控制是宽谱激光相干合成中的关键技术之一,是在一定光谱宽度条件下保持多路激光相干性的重要手段。为了保持各路激光之间的时间相干性,对于光谱宽度为10 nm量级的激光,光程差一般要控制在十几个波长以内。因此,为了实现宽谱激光的相干合成,除了对多束激光进行相位控制,还需要同步地对各路激光之间的光程差进行有效控制。本文研究了基于光谱滤波的相位与光程同步控制技术,利用放大自发辐射光源和中心波长为1064 nm的光纤带通滤波器产生光谱宽度为10 nm的光纤激光,通过光谱滤波的方式实现相位和光程的同步探测与控制,光程控制范围优于0.1 ps,相位控制残差<λ/16。该方法在高平均功率光纤激光相干合成中具有重要的应用价值。
相干合成 超短脉冲 光谱滤波 光程控制 
光学学报
2023, 43(17): 1714008
Author Affiliations
Abstract
1 College of Advanced Interdisciplinary Studies, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
2 Nanhu Laser Laboratory, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
We experimentally demonstrated a cascaded internal phase control technique. A laser array with 12 channels was divided into three sub-arrays and a stage array, and phases of the sub-arrays and the stage array were locked by four phase controllers based on the stochastic parallel gradient descent (SPGD) algorithm, respectively. In this way, the phases of the whole array were locked, and the visibility of the interference pattern of the whole emitted laser array in the far field was 93%. In addition, the technique has the advantage of element expanding and can be further used in the high-power coherent beam combination (CBC) system due to its compact spatial structure.
coherent beam combining laser array cascaded control internal phase control 
Chinese Optics Letters
2023, 21(8): 081402
王涛 1李灿 1,*刘洋 2任博 1[ ... ]周朴 1
作者单位
摘要
1 国防科技大学 前沿交叉学科学院,湖南 长沙 410073
2 华东师范大学 精密光谱科学与技术国家重点实验室,上海 200062
3 国防科技大学 南湖之光实验室,湖南 长沙 410073
超快光纤激光相干合成技术是突破飞秒激光单根光纤功率提升受限的有效技术手段。基于光纤拉伸器锁相,并结合随机并行梯度下降(SPGD)算法,成功实现了两路超快激光相干偏振合成。该锁相方案不仅避免了采用常规电光相位调制器对脉冲信号造成的光谱调制,而且可有效降低系统的插入损耗,提高相位调制范围、耐受功率以及前级光源系统的紧凑性与鲁棒性。合成的最高功率为10.9 W,最高功率下合成效率为90.1%,闭环状态下锁相残差为λ/31。实验结果表明,采用光纤拉伸器和SPGD算法组成的相位控制系统,在超快激光相干合成领域具有较强的发展潜力。合成的脉冲在最高功率下可压缩至494 fs,压缩效率为73.3%,对应的单脉冲能量为3.99 μJ。
相干合成 相干偏振合成 超快激光 光纤激光 coherent beam combination coherent polarization beam combination ultrafast laser fiber laser 
红外与激光工程
2023, 52(6): 20220869
安毅 1蒋敏 1,2陈潇 1李俊 1[ ... ]周朴 1,**
作者单位
摘要
1 国防科技大学前沿交叉学科学院,湖南 长沙 410073
2 国防科技大学试验训练基地,陕西 西安 710106
3 国防科技大学南湖之光实验室,湖南 长沙 410073
4 国防科技大学高能激光技术湖南省重点实验室,湖南 长沙 410073
高功率光纤激光是当前我国激光科学技术领域的前沿热点,而稀土掺杂的有源光纤是高功率光纤激光器的核心器件。与常规有源光纤不同,多折射率层有源光纤的纤芯和包层之间增加了一个或多个辅助折射率层,展现出了特殊的模场特性,有望进一步提升高功率光纤激光的输出功率。利用传统方法分析不同结构参数下多折射率层有源光纤的模场特性时,通常需要耗费较长的时间求解麦克斯韦方程组。笔者首次引入机器学习算法来预测多折射率层有源光纤的模场特性。该方法仅需要数据空间中0.1%的样本,就可以学习多折射率层有源光纤结构参数与其模场特性之间的复杂映射关系,进而实现无须求解麦克斯韦方程组的快速精准预测。该方法的平均预测误差小于0.6%,预测速度相比传统方法提升了约7000倍,为多折射率层有源光纤的模场特性分析提供了新思路。
光纤光学 人工智能 机器学习 光纤激光 有源光纤 多折射率层光纤 模场特性 
中国激光
2023, 50(11): 1101013
常洪祥 1粟荣涛 1,2,3龙金虎 1常琦 1[ ... ]周朴 1,*
作者单位
摘要
1 国防科技大学 前沿交叉学科学院,长沙 410073
2 国防科技大学 南湖之光实验室,长沙 410073
3 国防科技大学 高能激光技术湖南省重点实验室,长沙 410073
全光纤激光阵列主动相位控制利用全光纤网络实现阵列激光的活塞相位内部探测与控制,具有结构紧凑、无需外部反馈光学器件和易于扩展等优点,是大阵元规模光纤激光相干合成重要发展方向之一。采用全光纤相位探测结构,介绍了全光纤激光阵列主动相位控制技术的系统原理和利用光纤耦合器实现相位锁定的过程,总结了全光纤激光阵列主动相位控制关键技术,通过优化算法实现全光纤激光阵列主动相位控制验证实验。探讨了在全光纤结构主动相位控制中π相位模糊问题及解决方法,给出了利用双波长探测实现消除π相位模糊问题的仿真结果。最后梳理了全光纤激光阵列主动相位控制研究现状,并从路数扩展、功率提升和应用等方面进行了展望。
光纤激光 全光纤激光阵列 相干合成 内部相位控制 光纤传感 fiber laser all-fiber laser array coherent beam combining internal phase locking optical fiber sensing 
强激光与粒子束
2023, 35(4): 041004
龙金虎 1粟荣涛 1,2,3,*常洪祥 1侯天悦 1[ ... ]周朴 1,*
作者单位
摘要
1 国防科技大学 前沿交叉学科学院,长沙 410073
2 国防科技大学 南湖之光实验室,长沙 410073
3 国防科技大学 高能激光技术湖南省重点实验室,长沙 410073
介绍了本课题组近年来在基于空间结构内部锁相的光纤激光相干合成方面的研究工作,给出了空间结构内部锁相相干合成的基本原理,搭建了七路低功率光纤激光阵列实验系统,结果表明在内部相位噪声校正基础之上,可以稳定补偿外部相位差进而实现激光阵列同相位输出,验证了内部锁相方法的可行性。进一步介绍了空间结构内部锁相技术在目标在回路相干合成、阵列光束光场调控等方面的拓展应用,通过实验论证了空间结构内部锁相技术能够有效提升目标在回路相干合成系统的相位控制带宽,并在远场有效生成轨道角动量光束阵列,其拓扑荷数可从−1到+1切换。
光纤激光 相干合成 相位控制 内部锁相 光场调控 fiber laser coherent beam combining phase control internal phase control constructing light field 
强激光与粒子束
2023, 35(4): 041008
常琦 1高志强 1邓宇 1任帅 1,4[ ... ]周朴 1,**
作者单位
摘要
1 国防科技大学前沿交叉学科学院,湖南 长沙 410073
2 国防科技大学南湖之光实验室,湖南 长沙 410073
3 脉冲功率激光技术国家重点实验室,湖南 长沙 410073
4 国防科技大学信息通信学院,湖北 武汉 430035
中国激光
2023, 50(6): 0616001

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