针对线阵光纤激光相干合成系统中对合成光束的质量、控制速度、控制精度的需求, 完成了线阵光纤激光相干合成控制器的设计。该控制器以DSP2812和CPLD为核心处理器, 通过AD976A模/数转换器接收光电探测器的电压信号, AD8544数/模转换器输出模拟电压控制压电陶瓷相位控制器, 进而控制激光的相位变化。为了实现控制器与目标图像检测板和上位机的通信, 设计了两路串口通信接口, 并编写了相关测试程序, 最终在线阵光纤激光相干合成系统中完成了四路1 064 nm激光的相干合成、扫描、跟踪实验。实验结果表明, 该控制器搭载随机并行梯度下降(SPGD)算法, 在光电探测器的配合下能够实现光纤激光锁相, 控制主瓣能量变化优于±5%, 锁相后主瓣能够完成±λ的扫描, 扫描频率约为25 Hz, 同时结合目标图像检测板完成了目标跟踪实验, 实现激光相干合成条纹的目标跟踪。

涡旋光在大气湍流中传输时会发生波前畸变, 故需要进行波前校正。相比于传统的带有波前传感器的自适应光学校正系统, 采用随机并行梯度下降算法的无波前传感器的自适应光学校正系统具有硬件实现简单、对光强闪烁等复杂环境的适应性好等优点。仿真结果表明：该系统对单模涡旋光和多模复用涡旋光都可实现波前畸变校正, 能提高模式纯净度。实验结果表明：经校正, 单模涡旋光的光强相关系数可提高至0.85左右, 多模复用涡旋光的光强相关系数可提高至0.72左右, 单模涡旋光波前畸变的校正效果优于多模复用涡旋光。仿真和实验结果均表明, 采用随机并行梯度下降算法的自适应校正技术可有效实现涡旋光波前畸变校正。

涡旋光束是一种具有螺旋波前的光束, 其特点是其光强分布为环形, 携带有与螺旋波前结构相关的轨道角动量。由于涡旋光束的角量子数可取任意整数, 同时不同角量子数的光束之间相互正交, 因此可提高光通信系统的信道容量。但涡旋光束在自由空间传输时会受到大气湍流的影响, 进而产生波前畸变, 因此需要采用自适应波前校正技术对畸变后的光束进行校正。文中对现有的涡旋光束波前校正技术进行了概述, 重点介绍了笔者课题组提出的应用GS相位恢复算法和高斯光束探针相结合对涡旋光束波前畸变校正的技术及应用SPGD算法和泽尼克多项式对涡旋光束波前畸变校正的研究工作。

自适应光纤耦合器(AFC)是一种可实现高稳定、高效的空间光至光纤耦合的新型自适应光学器件。研究了AFC阵列作为空间激光通信系统接收光端机的可行性。在不同的大气湍流强度下，利用SPGD算法，仿真研究了不同子孔径数AFC阵列的闭环控制过程。研究结果表明，AFC阵列技术可缓解大气湍流影响，改善光纤耦合效率并提高耦合过程的稳定性；当等效接收口径一定时，随着阵列子孔径数的增加，光纤耦合效率及控制算法收敛速率都相应提升。