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JP2011254028A - Phased array laser apparatus - Google Patents

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JP2011254028A
JP2011254028A JP2010128438A JP2010128438A JP2011254028A JP 2011254028 A JP2011254028 A JP 2011254028A JP 2010128438 A JP2010128438 A JP 2010128438A JP 2010128438 A JP2010128438 A JP 2010128438A JP 2011254028 A JP2011254028 A JP 2011254028A
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JP
Japan
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subarray
output light
light
sub
optical
Prior art date
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Pending
Application number
JP2010128438A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takeshi Sakimura
武司 崎村
Yoshihito Hirano
嘉仁 平野
Toshiyuki Ando
俊行 安藤
Shunpei Kameyama
俊平 亀山
Eisuke Haraguchi
英介 原口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
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  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
  • Lasers (AREA)

Abstract

【課題】各サブアレーでの位相差の補正と共に各サブアレーの指向角の補正さらに所望の位置への焦点調整を同一の装置により行うフェーズドアレーレーザ装置を提供する。
【解決手段】基準レーザ光源の出力光をサブアレーに分岐し、サブアレーごとに増幅後、コヒーレント加算を行うフェーズドアレーレーザ装置において、前記各サブアレー毎に、前記サブアレーの1つに基づき生成された参照光とサブアレー出力光の合波光を各象限ごとに電気信号にする4象限光検出器9と、サブアレー出力光をコリメートする光学系のための並進駆動機構11と、前記4象限光検出器からの信号に基づき、参照光とサブアレー出力光の光位相差を検出しサブアレーのための光位相変調器にフィードバック制御すると共に、サブアレー出力光の指向方向誤差を検出し前記並進駆動機構にフィードバック制御するフィードバック制御手段10と、を備えた。
【選択図】図1
Provided is a phased array laser apparatus that corrects a phase difference in each subarray, corrects a directivity angle of each subarray, and adjusts a focal point to a desired position using the same apparatus.
In a phased array laser apparatus that branches output light of a reference laser light source into sub-arrays, amplifies each sub-array, and performs coherent addition, reference light generated based on one of the sub-arrays for each sub-array And a quadrant optical detector 9 that converts the combined light of the subarray output light into an electrical signal for each quadrant, a translational drive mechanism 11 for an optical system that collimates the subarray output light, and a signal from the four quadrant optical detector Feedback control for detecting the optical phase difference between the reference light and the sub-array output light and performing feedback control to the optical phase modulator for the sub-array, and detecting the directivity direction error of the sub-array output light and performing feedback control to the translation drive mechanism And means 10.
[Selection] Figure 1

Description

この発明は、単一周波数の基準光をサブアレーに分岐しサブアレーごとに光増幅後、サブアレー間の光位相誤差を検出帰還して出力光をコヒーレント加算するフェーズドアレーレーザ装置に関する。   The present invention relates to a phased array laser apparatus that branches a single-frequency reference light into subarrays, optically amplifies each subarray, detects and feeds back an optical phase error between the subarrays, and coherently adds output light.

単一周波数の基準光をサブアレーに分岐しサブアレーごとに光増幅後、サブアレー間の光位相誤差を検出帰還して出力光をコヒーレント加算するフェーズドアレーレーザ装置において、各サブアレーから出力されるビームの指向角の誤差をμradのオーダ程度に揃える必要がある。また、合成ビームを任意の距離で得るためには、サブアレー間に波面曲率を与える必要がある。このため、従来は、光源内で静的に光軸調整して各アレー指向角を平行にしてコヒーレント加算し、望遠鏡を用いて集光位置を変更していた(例えば下記特許文献1参照)。   In a phased array laser device that splits single-frequency reference light into subarrays, optically amplifies each subarray, detects and feeds back the optical phase error between the subarrays, and coherently adds the output light, directs the beam output from each subarray It is necessary to align the angle error to the order of μrad. In order to obtain a combined beam at an arbitrary distance, it is necessary to give a wavefront curvature between the subarrays. For this reason, conventionally, the optical axis is statically adjusted in the light source, the array directivity angles are made parallel to perform coherent addition, and the condensing position is changed using a telescope (see, for example, Patent Document 1 below).

特開2000−323774号公報JP 2000-323774 A

しかしながら従来の構成では、各サブアレーでの光増幅に伴う熱負荷の入力に伴い、指向角にずれが生じる問題があった。また、集光位置の変更に望遠鏡の主鏡と副鏡の間隔の機械的調整に時間を要することが課題であった。   However, in the conventional configuration, there is a problem that the directivity angle shifts with the input of the thermal load accompanying the optical amplification in each subarray. Another problem is that it takes time to mechanically adjust the distance between the primary mirror and the secondary mirror of the telescope to change the focusing position.

この発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、各サブアレーでの位相差の補正と共に、各サブアレーの指向角の補正、さらには所望の位置への焦点調整を同一の装置により行うフェーズドアレーレーザ装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems. The correction of the phase difference in each subarray, the correction of the directivity angle of each subarray, and the focus adjustment to a desired position are performed by the same device. An object of the present invention is to provide a phased array laser device to be performed.

この発明は、基準レーザ光源の出力光をサブアレーに分岐し、サブアレーごとに増幅後、コヒーレント加算を行うフェーズドアレーレーザ装置において、前記各サブアレー毎に、前記サブアレーの1つに基づき生成された参照光とサブアレー出力光の合波光を各象限ごとに電気信号にする4象限光検出器と、サブアレー出力光をコリメートする光学系のための並進駆動機構と、前記4象限光検出器からの信号に基づき、参照光とサブアレー出力光の光位相差を検出しサブアレーのための光位相変調器にフィードバック制御すると共に、サブアレー出力光の指向方向誤差を検出し前記並進駆動機構にフィードバック制御するフィードバック制御手段と、を備えたことを特徴とするフェーズドアレーレーザ装置にある。   The present invention provides a phased array laser apparatus that branches the output light of a reference laser light source into subarrays, amplifies each subarray, and performs coherent addition, for each subarray, the reference light generated based on one of the subarrays And a quadrant optical detector that converts the combined light of the subarray output light into an electric signal for each quadrant, a translational drive mechanism for an optical system that collimates the subarray output light, and a signal from the quadrant optical detector. Feedback control means for detecting an optical phase difference between the reference light and the sub-array output light and performing feedback control to the optical phase modulator for the sub-array, and detecting a directivity direction error of the sub-array output light and performing feedback control to the translational drive mechanism; The phased array laser apparatus is characterized by comprising:

この発明では、各サブアレーでの位相差の補正と共に、各サブアレーの指向角の補正、さらには所望の位置への焦点調整を同一の装置により行うフェーズドアレーレーザ装置を提供できる。   According to the present invention, it is possible to provide a phased array laser apparatus that corrects the phase difference in each subarray, corrects the directivity angle of each subarray, and further adjusts the focus to a desired position using the same apparatus.

この発明の実施の形態1によるフェーズドアレーレーザ装置の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the phased array laser apparatus by Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態2によるフェーズドアレーレーザ装置の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the phased array laser apparatus by Embodiment 2 of this invention. この発明の実施の形態3によるフェーズドアレーレーザ装置の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the phased array laser apparatus by Embodiment 3 of this invention.

この発明では、単一周波数の基準光をサブアレーに分岐しアレーごとに光増幅後、サブアレーの光位相誤差を検出帰還して出力光をコヒーレント加算するフェーズドアレーレーザ装置において、サブアレーの光位相誤差と同時に各サブアレーの指向角誤差を検出し、サブアレーごとの出力光コリメートレンズ駆動機構へと帰還制御を行うことにより、各サブアレーの指向角の補正および所望の位置への焦点調整を同一の装置で行うものである。   According to the present invention, in a phased array laser device that branches a single frequency reference light into subarrays, optically amplifies each array, and detects and feeds back the optical phase error of the subarray and coherently adds the output light. Simultaneously, the directivity angle error of each subarray is detected, and feedback control is performed to the output light collimating lens driving mechanism for each subarray, thereby correcting the directivity angle of each subarray and adjusting the focus to a desired position with the same device. Is.

以下、この発明によるフェーズドアレーレーザ装置を各実施の形態に従って図面を用いて説明する。なお、各実施の形態において、同一もしくは相当部分は同一符号で示し、重複する説明は省略する。   Hereinafter, a phased array laser apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings according to each embodiment. In each embodiment, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1によるフェーズドアレーレーザ装置の構成を示す模式図である。図1において、1は基準レーザ光源、2は光周波数シフタ、3a〜3cは光位相変調器、4a〜4cは光増幅器、5a〜5cはサブアレー出力光用コリメートレンズ、6は参照光用コリメートレンズ、7はビーム参照用平板、8a〜8cは集光用レンズ、9a〜9cは4象限光検出器、10a〜10cはフィードバック制御手段を構成する演算回路、11a〜11cはサブアレー出力光用コリメートレンズ5a〜5cの並進駆動機構、12は光分波器を示している。また、図1において、光位相変調器3a〜3cから光増幅器4a〜4cまでの各光路をそれぞれサブアレー光路13a〜13cと呼び、光周波数シフタ2を含む光路を参照光路14と呼ぶことにする。サブアレー光路13a〜13cは3個に制限されることはなく複数設けられ、その数に合わせてサブアレー出力光用コリメートレンズ5a〜5c、集光用レンズ8a〜8c、4象限光検出器9a〜9c、演算回路10a〜10cおよび並進駆動機構11a〜11cが設けられる。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a phased array laser apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 1, 1 is a reference laser light source, 2 is an optical frequency shifter, 3a to 3c are optical phase modulators, 4a to 4c are optical amplifiers, 5a to 5c are sub-array output light collimating lenses, and 6 is a reference light collimating lens. , 7 is a beam reference flat plate, 8a to 8c are condensing lenses, 9a to 9c are 4-quadrant photodetectors, 10a to 10c are arithmetic circuits constituting feedback control means, and 11a to 11c are collimating lenses for sub-array output light. 5a to 5c translational drive mechanisms, 12 denotes an optical demultiplexer. In FIG. 1, the optical paths from the optical phase modulators 3 a to 3 c to the optical amplifiers 4 a to 4 c are referred to as subarray optical paths 13 a to 13 c, respectively, and the optical path including the optical frequency shifter 2 is referred to as a reference optical path 14. The sub-array light paths 13a to 13c are not limited to three, and a plurality of sub-array light paths 13a to 13c are provided, and the sub-array output light collimating lenses 5a to 5c, the condensing lenses 8a to 8c, and the four-quadrant light detectors 9a to 9c according to the number. Arithmetic circuits 10a to 10c and translation drive mechanisms 11a to 11c are provided.

図1において、基準レーザ光源1、光周波数シフタ2、光位相変調器3a〜3c、光増幅器4a〜4c、光分波器12は、レーザ光の入力および出力が光ファイバを介して行われる光ファイバ型の機器であり、上記の機器間は比較的太い破線で示す光ファイバにより接続されているものとする。さらに、これらの光ファイバは偏波保存型の光ファイバであるとする。   In FIG. 1, a reference laser light source 1, an optical frequency shifter 2, optical phase modulators 3a to 3c, optical amplifiers 4a to 4c, and an optical demultiplexer 12 are light in which laser light is input and output through an optical fiber. It is a fiber type device, and the above devices are connected by an optical fiber indicated by a relatively thick broken line. Furthermore, these optical fibers are assumed to be polarization-maintaining optical fibers.

なお、これらの機器には空間型の光学系を介してレーザ光の入力および出力を行う空間型の機器を用いても良いが、この場合、レーザ光の光路を変更するための反射鏡が必要となったり、光軸の調整が必要となる。光ファイバ型の機器を用いることにより、機器間の光軸調整が不要となり、振動などの外乱の影響を受けにくくすることができる。さらに、偏波保持型の光ファイバを用いることにより、ファイバ中の偏光方向が維持されるため、サブアレーごとの偏光方向の検出機器および調整機器が不要となる。   These devices may be spatial devices that input and output laser light via a spatial optical system. In this case, however, a reflecting mirror is required to change the optical path of the laser light. It is necessary to adjust the optical axis. By using an optical fiber type device, it is not necessary to adjust the optical axis between devices, and it is difficult to be affected by disturbances such as vibration. Furthermore, since the polarization direction in the fiber is maintained by using the polarization maintaining optical fiber, the detection device and the adjustment device for the polarization direction for each sub-array become unnecessary.

次に動作について説明する。基準レーザ光源1は所定の発振波長、出力パワーで連続発振波のレーザ光を発生させる。基準レーザ光源1は所望の発振波長が得られるものを用いる。また、コヒーレント加算を行うために、できるだけ狭線幅のものが適する。基準レーザ光源1の出力パワーは、光増幅器4a〜4cへの入力パワーが各増幅器での増幅動作に問題ないほど十分に大きく、かつ参照光路14へと十分なパワーを分岐できるようにするために必要な所定パワー以上の出力が可能なものを用いる。   Next, the operation will be described. The reference laser light source 1 generates a continuous wave laser beam with a predetermined oscillation wavelength and output power. A reference laser light source 1 that can obtain a desired oscillation wavelength is used. In addition, in order to perform coherent addition, a narrow line width is suitable. The output power of the reference laser light source 1 is sufficiently large so that the input power to the optical amplifiers 4a to 4c is not problematic for the amplification operation of each amplifier, and sufficient power can be branched to the reference optical path 14. Use one that can output more than the required predetermined power.

基準レーザ光源1から出力されたレーザ光は、光分波器12により複数のサブアレーとして、それぞれ所定の割合でパワーが各光路へと分岐される。光分波器12により分岐された光路のうち1つは参照光として参照光路14へと入力される。他の分岐された光路はサブアレー用の入力光としてサブアレー光路13a〜13cへと入力される。図1においては、サブアレー光路を13a〜13cしか示していないが、光分波器12により分岐された光路のうち参照光用に用いるものを除く全ての光路をサブアレー光路として用いることができる。   The laser light output from the reference laser light source 1 is split into a plurality of subarrays by the optical demultiplexer 12 at a predetermined ratio to the respective optical paths. One of the optical paths branched by the optical demultiplexer 12 is input to the reference optical path 14 as reference light. The other branched optical paths are input to the subarray optical paths 13a to 13c as input light for the subarray. In FIG. 1, only the subarray optical paths 13a to 13c are shown, but all the optical paths other than those used for the reference light among the optical paths branched by the optical demultiplexer 12 can be used as the subarray optical paths.

光分波器12には光ファイバ型の2分岐カプラを複数段接続したものや、光導波路型の分岐カプラなどを用いることができる。また、これらの組み合わせや多段階接続により分岐数の増設も可能である。   As the optical demultiplexer 12, an optical fiber type two-branch coupler connected in a plurality of stages, an optical waveguide type branch coupler, or the like can be used. Also, the number of branches can be increased by combining these and multistage connection.

光分波器12により分岐され参照光路14へと入力された参照光は、光周波数シフタ2により所定の周波数変化が与えられる。光周波数シフタ2により与えられる周波数変化は、4象限光検出器9a〜9cで検出可能な帯域にする必要がある。光周波数シフタ2には音響光学変調器(AOM: Acousto-Optic Modulator)などを用いることができ、AOMを用いた場合、周波数変化量は通常、数10〜数100MHz程度である。   The reference frequency branched by the optical demultiplexer 12 and input to the reference optical path 14 is given a predetermined frequency change by the optical frequency shifter 2. The frequency change given by the optical frequency shifter 2 needs to be a band that can be detected by the four-quadrant photodetectors 9a to 9c. An acousto-optic modulator (AOM) or the like can be used for the optical frequency shifter 2. When AOM is used, the frequency change amount is usually about several tens to several hundreds MHz.

光周波数シフタ2により周波数変化が与えられた参照光は、光ファイバから空間へと出力され、参照光用コリメートレンズ6によりコリメートビーム化される。参照光用コリメートレンズ6には球面レンズや非球面レンズ等の各種レンズやビームエキスパンダのようなビーム径変換光学系を使用できるが、コリメートビームのビーム径が所定値以上となるように焦点距離の適切なものを用いる。参照光コリメートビームのビーム径は各サブアレーからの出力ビームのすべてが参照光コリメートビーム内に収まるように大きくする必要がある。   The reference light to which the frequency change is given by the optical frequency shifter 2 is output from the optical fiber to the space, and is converted into a collimated beam by the reference light collimating lens 6. The reference light collimating lens 6 can be a various lens such as a spherical lens or an aspherical lens, or a beam diameter converting optical system such as a beam expander, but the focal length is set so that the beam diameter of the collimated beam becomes a predetermined value or more. Use the appropriate one. The beam diameter of the reference light collimated beam needs to be increased so that all of the output beams from the respective subarrays can be accommodated in the reference light collimated beam.

サブアレー光路13a〜13cへと分岐されたレーザ光は各サブアレーにおいて、それぞれ光位相変調器3a〜3cで位相状態の変化を受けた後、光増幅器4a〜4cで光パワーを増幅される。   The laser beams branched to the subarray optical paths 13a to 13c are subjected to a phase state change by the optical phase modulators 3a to 3c in the subarrays, respectively, and then amplified by the optical amplifiers 4a to 4c.

光位相変調器3a〜3cにはファイバ型であればLiNbO3結晶を用いたLN位相変調器やマッハツェンダー型の光位相変調器を用いることができる。また、空間型の位相変調器としては液晶素子等を用いた空間位相変調器を用いることができる。これらはいずれも、素子への印加電圧により位相の変調量を制御可能である。   As the optical phase modulators 3a to 3c, an LN phase modulator using a LiNbO3 crystal or a Mach-Zehnder optical phase modulator can be used as long as it is a fiber type. As the spatial phase modulator, a spatial phase modulator using a liquid crystal element or the like can be used. In any of these, the amount of phase modulation can be controlled by the voltage applied to the element.

光増幅器4a〜4cは入力されたレーザ光を増幅し、所定のパワーに高める。光増幅器4a〜4cには、光ファイバ型増幅器、ロッド型や導波路型の増幅媒質を用いた光増幅器、半導体型増幅器などを用いることができるが、基準レーザ光源1の波長と、所望の増幅率等を考慮して適するものを選択する。   The optical amplifiers 4a to 4c amplify the inputted laser light and increase it to a predetermined power. As the optical amplifiers 4a to 4c, an optical fiber amplifier, an optical amplifier using a rod type or waveguide type amplification medium, a semiconductor type amplifier, or the like can be used. The wavelength of the reference laser light source 1 and a desired amplification are used. Select a suitable one in consideration of the rate.

光増幅器4a〜4cの出力光は、サブアレー出力光用コリメートレンズ5a〜5cによりコリメートビーム化され、空間へと出力される。コリメートレンズ5a〜5cはコリメート後のビーム径が所定の値になるような焦点距離のものを用いる。前述のように、各サブアレーからのサブアレー出力光ビームと参照光コリメートビームの空間的な配置を考慮し、サブアレー出力光コリメートビームのビーム径とサブアレー出力光の配置(サブアレー光路13a〜13cの配置)を決定する。   The output lights of the optical amplifiers 4a to 4c are collimated into beams by the sub-array output light collimating lenses 5a to 5c and output to the space. The collimating lenses 5a to 5c have focal lengths such that the beam diameter after collimation has a predetermined value. As described above, considering the spatial arrangement of the subarray output light beam and the reference light collimated beam from each subarray, the beam diameter of the subarray output light collimated beam and the arrangement of the subarray output light (arrangement of the subarray optical paths 13a to 13c). To decide.

サブアレー出力光用コリメートレンズ5a〜5cは、出力光に対して垂直な平面内の縦および横方向に位置を調整可能にする並進駆動機構11a〜11cをそれぞれ有する。並進駆動機構11a〜11cによってサブアレー出力光に対するサブアレー出力光用コリメートレンズ5a〜5cの位置を変化させることにより、サブアレー出力光コリメートビームの出射方向が調整できる。並進駆動機構11a〜11cには出力光に対して平行な方向に対しても位置調整機能を持つものを用いてもよい。この場合、サブアレー出力光(サブアレー光路13a〜13cの出力端)からサブアレー出力光用コリメートレンズ5a〜5cまでの距離についても調整可能となり、サブアレー出力光コリメートビームのコリメート状態の調整が可能となる。   The sub-array output light collimating lenses 5a to 5c have translation drive mechanisms 11a to 11c that can adjust the positions in the vertical and horizontal directions in a plane perpendicular to the output light, respectively. By changing the positions of the subarray output light collimating lenses 5a to 5c with respect to the subarray output light by the translation drive mechanisms 11a to 11c, the emission direction of the subarray output light collimated beam can be adjusted. As the translation drive mechanisms 11a to 11c, those having a position adjusting function in a direction parallel to the output light may be used. In this case, the distance from the subarray output light (the output ends of the subarray optical paths 13a to 13c) to the subarray output light collimating lenses 5a to 5c can also be adjusted, and the collimated state of the subarray output light collimated beam can be adjusted.

各サブアレーからの出力光コリメートビームはビーム参照用平板7により、出力光パワーの一部が反射される。このとき、ビーム参照用平板7により反射されたサブアレー出力光は参照光コリメートビームと合波される。ビーム参照用平板7はサブアレー出力光の出射方向に対しておよそ45度の角度になるように設置する。ビーム参照用平板7には反射面に低反射コーティングを施したミラーや光学研磨したガラス面などを用いることができ、裏面には無反射のコーティングを施したものを用いるのが望ましい。ビーム参照用平板7の反射率は、4象限光検出器9a〜9cで十分な検出感度を得るために必要な光入力パワーが得られるように参照光コリメートビームのパワーと併せて考慮し、反射率が大きいほど透過する出力光パワーの損失が大きくなるため、適切な反射率のものを選択して用いる。   The output light collimated beam from each subarray is partially reflected by the beam reference flat plate 7. At this time, the subarray output light reflected by the beam reference flat plate 7 is combined with the reference light collimated beam. The beam reference flat plate 7 is installed at an angle of approximately 45 degrees with respect to the emission direction of the subarray output light. The beam reference flat plate 7 can be a mirror with a low reflection coating on the reflection surface or an optically polished glass surface, and preferably has a non-reflection coating on the back surface. The reflectivity of the beam reference flat plate 7 is considered together with the power of the reference collimated beam so that the four-quadrant light detectors 9a to 9c can obtain the light input power necessary for obtaining sufficient detection sensitivity. Since the loss of the output optical power that is transmitted increases as the ratio increases, an appropriate reflectance is selected and used.

ビーム参照用平板7により反射されたサブアレー出力光と参照光コリメートビームの合波光は、それぞれ集光用レンズ8a〜8cにより集光され、それぞれ4象限光検出器9a〜9c上にビームスポットを形成する。集光用レンズ8a〜8cは、4象限光検出器9a〜9cでのビームスポット中心位置の検出精度を考慮し、集光ビーム径が適する大きさになるような焦点距離のものを選択して用いる。   The combined light of the subarray output light reflected by the beam reference flat plate 7 and the reference light collimated beam is condensed by the condensing lenses 8a to 8c, respectively, and forms beam spots on the four-quadrant light detectors 9a to 9c, respectively. To do. The condensing lenses 8a to 8c are selected with a focal length so that the diameter of the condensed beam becomes an appropriate size in consideration of the detection accuracy of the beam spot center position in the four-quadrant light detectors 9a to 9c. Use.

4象限光検出器9a〜9cでは、参照光とサブアレー出力光の合波光を各象限ごとに電気信号に変換し、それぞれ演算回路10a〜10cに入力する。   In the four-quadrant light detectors 9a to 9c, the combined light of the reference light and the sub-array output light is converted into an electric signal for each quadrant and input to the arithmetic circuits 10a to 10c, respectively.

演算回路10a〜10cでは、入力された電気信号のうち、参照光とサブアレー出力光のビート信号からサブアレー出力光の光位相差を検出する。また、各象限に入力される参照光とサブアレー出力光の合波光パワーを重心演算することによりビームスポット中心位置を検出する。
演算回路10a〜10cは、検出した光位相差を光位相変調器3a〜3cに入力する位相変調量としてフィードバック制御を行う。これにより、各サブアレー出力光の位相差を補正し、同位相に揃えることができる。
また、演算回路10a〜10cは、各サブアレー出力光が平行となる場合のビームスポット中心位置である基準位置からの検出したビームスポット中心位置のずれ量を計算することにより、各サブアレー出力光の指向方向誤差を検出する。これを並進駆動機構11a〜11cに入力する位置調整量としてフィードバック制御を行う。これにより、各サブアレー出力光を平行に保つことができる。
The arithmetic circuits 10a to 10c detect the optical phase difference of the sub-array output light from the beat signals of the reference light and the sub-array output light among the input electric signals. Further, the center position of the beam spot is detected by calculating the center of gravity of the combined light power of the reference light and the subarray output light input to each quadrant.
The arithmetic circuits 10a to 10c perform feedback control using the detected optical phase difference as a phase modulation amount to be input to the optical phase modulators 3a to 3c. Thereby, the phase difference of each subarray output light can be correct | amended and it can align with the same phase.
The arithmetic circuits 10a to 10c calculate the amount of deviation of the detected beam spot center position from the reference position, which is the beam spot center position when the sub array output lights are parallel, thereby directing each sub array output light. Detect direction error. Feedback control is performed using this as a position adjustment amount to be input to the translation drive mechanisms 11a to 11c. Thereby, each subarray output light can be kept parallel.

以上の構成では、4象限光検出器を用いることにより、サブアレー出力光の位相誤差と指向方向誤差を同時に検出でき、これらをフィードバック制御することにより、位相と指向方向を同時に補正することができる。これにより、光増幅器の発生する熱や、周囲温度、振動等によるサブアレー出力光用コリメートレンズの位置の変化を、リアルタイムに補正でき、装置の動作安定化を向上できる。   In the above configuration, the phase error and the pointing direction error of the subarray output light can be detected at the same time by using the four-quadrant light detector, and the phase and the pointing direction can be corrected at the same time by feedback control. As a result, changes in the position of the collimating lens for subarray output light due to heat generated by the optical amplifier, ambient temperature, vibration, and the like can be corrected in real time, and the operation stability of the apparatus can be improved.

実施の形態2.
上記実施の形態1では、各サブアレー出力光を平行(水平)にする場合の構成について説明したが、サブアレー出力用コリメートレンズに設けた並進駆動機構によって、各サブアレー出力光の出射方向を所望の方向に調整でき、複数のサブアレー全体の出力光の出射方向を所望の方向に調整できる。
Embodiment 2. FIG.
In the first embodiment, the configuration in which each sub-array output light is made parallel (horizontal) has been described. However, the output direction of each sub-array output light is set to a desired direction by the translation drive mechanism provided in the sub-array output collimating lens. It is possible to adjust the output direction of the output light of the entire plurality of subarrays to a desired direction.

図2はこの発明の実施の形態2によるフェーズドアレーレーザ装置の構成を示す模式図である。サブアレー出力光用コリメートレンズ5a〜5cでは、入力光とレンズの中心軸の相対位置によりコリメート光の出射方向を変化させることができる。図2の構成においては、演算回路10a〜10cは、各サブアレー出力光が平行となる場合のビームスポット中心位置である基準位置と異なる所定位置からの検出したビームスポット中心位置のずれ量を計算することにより、各サブアレー出力光の所望の指向方向からの誤差を検出する。これ(すなわちオフセットした指向方向誤差)を並進駆動機構11a〜11cに入力する位置調整量としてフィードバック制御を行う。   FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of a phased array laser apparatus according to Embodiment 2 of the present invention. In the sub-array output light collimating lenses 5a to 5c, the emission direction of the collimated light can be changed by the relative position of the input light and the central axis of the lens. In the configuration of FIG. 2, the arithmetic circuits 10 a to 10 c calculate the deviation amount of the detected beam spot center position from a predetermined position different from the reference position that is the beam spot center position when the subarray output lights are parallel. Thus, an error from a desired directivity direction of each subarray output light is detected. This (that is, offset pointing direction error) is used as a position adjustment amount to be input to the translation drive mechanisms 11a to 11c to perform feedback control.

これにより、個々のサブアレー出力光の指向方向を所望の指向方向に制御できる。さらに全サブアレー出力光を所望の指向方向に制御することにより、複数のサブアレー全体の出力光の指向方向を制御できる。これにより、ミラーなどの光学素子を用いることなく、出力光ビームを任意の方向に調整することができる。また、個々のサブアレー出力光の指向方向のばらつきをなくすことができ、装置を安定に効率よく動作させることができる。   Thereby, the directivity direction of each subarray output light can be controlled to a desired directivity direction. Furthermore, by controlling all the subarray output light in a desired directivity direction, it is possible to control the directivity direction of the output light of the entire plurality of subarrays. Accordingly, the output light beam can be adjusted in an arbitrary direction without using an optical element such as a mirror. Further, it is possible to eliminate variations in the directivity direction of individual subarray output light, and to operate the apparatus stably and efficiently.

実施の形態3.
上記実施の形態2では、各サブアレーの出力光を平行に保ったまま複数のサブアレー全体の出力光の出射方向を制御する装置を示したが、サブアレー出力光のビーム毎の位相状態と出射方向を調整することにより、複数のサブアレー全体の出力光を集光させることができる。
Embodiment 3 FIG.
In the second embodiment, the device for controlling the output direction of the output light of the entire plurality of subarrays while maintaining the output light of each subarray in parallel has been shown. However, the phase state and the output direction for each beam of the subarray output light are shown. By adjusting, the output light of the entire plurality of subarrays can be collected.

図3はこの発明の実施の形態3によるフェーズドアレーレーザ装置の構成を示す模式図である。図3の構成においては、演算回路10a〜10cは、サブアレー出力光の指向方向がそれぞれ所望の指向方向になるように、ビームスポット中心位置ずれ量を検出し、並進駆動機構11a〜11cに入力する位置調整量としてフィードバック制御を行う。これにより、図3に示すように、各サブアレーの出力光が1点で重なるようにそれぞれのサブアレー出力光の指向方向を調整する。同時に、サブアレー出力光の出力光ビームが交差する点で各サブアレーの位相が一致するように、光位相変調器3a〜3cに入力する位相変調量を調整してフィードバック制御を行う。これ(すなわちオフセットした光位相差)により、1点で各サブアレー出力光のビームが重なり、さらに位相が一致しているために、この一点において各サブアレーからの出力光がコヒーレントに加算される。   FIG. 3 is a schematic diagram showing the configuration of a phased array laser apparatus according to Embodiment 3 of the present invention. In the configuration of FIG. 3, the arithmetic circuits 10a to 10c detect the beam spot center position shift amount so that the directivity directions of the sub-array output light are respectively desired directions, and input them to the translation drive mechanisms 11a to 11c. Feedback control is performed as a position adjustment amount. Thereby, as shown in FIG. 3, the directivity direction of each subarray output light is adjusted so that the output light of each subarray overlaps at one point. At the same time, feedback control is performed by adjusting the amount of phase modulation input to the optical phase modulators 3a to 3c so that the phases of the subarrays coincide at the point where the output light beams of the subarray output light intersect. Due to this (that is, the offset optical phase difference), the beams of the subarray output lights overlap at one point, and the phases coincide with each other. Therefore, the output light from each subarray is added coherently at this one point.

この構成により、外部にレンズや望遠鏡などの集光用の光学素子を用いることなく、サブアレー出力光を集光した状態を作り出すことができる。さらに、サブアレー出力光用コリメートレンズの位置調整量を操作するだけで、複数のサブアレー出力光全体の集光位置を調整することができ、焦点位置調整を自動化させることができる。   With this configuration, it is possible to create a state in which the sub-array output light is condensed without using a condensing optical element such as a lens or a telescope outside. Furthermore, by simply operating the position adjustment amount of the sub-array output light collimating lens, it is possible to adjust the condensing position of the plurality of sub-array output lights as a whole and to automate the focus position adjustment.

1 基準レーザ光源、2 光周波数シフタ、3a〜3c 光位相変調器、4a〜4c 光増幅器、5a〜5c サブアレー出力光用コリメートレンズ、6 参照光用コリメートレンズ、7 ビーム参照用平板、8a〜8c 集光用レンズ、9a〜9c 4象限光検出器、10a〜10c 演算回路(フィードバック制御手段)、11a〜11c 並進駆動機構、12 光分波器、13a〜13c サブアレー光路、14 参照光路。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Standard laser light source, 2 Optical frequency shifter, 3a-3c Optical phase modulator, 4a-4c Optical amplifier, 5a-5c Collimating lens for subarray output light, 6 Reference light collimating lens, 7 Beam reference flat plate, 8a-8c Condensing lens, 9a-9c 4-quadrant light detector, 10a-10c arithmetic circuit (feedback control means), 11a-11c translational drive mechanism, 12 optical demultiplexer, 13a-13c subarray optical path, 14 reference optical path.

Claims (3)

基準レーザ光源の出力光をサブアレーに分岐し、サブアレーごとに増幅後、コヒーレント加算を行うフェーズドアレーレーザ装置において、
前記各サブアレー毎に、
前記サブアレーの1つに基づき生成された参照光とサブアレー出力光の合波光を各象限ごとに電気信号にする4象限光検出器と、
サブアレー出力光をコリメートする光学系のための並進駆動機構と、
前記4象限光検出器からの信号に基づき、参照光とサブアレー出力光の光位相差を検出しサブアレーのための光位相変調器にフィードバック制御すると共に、サブアレー出力光の指向方向誤差を検出し前記並進駆動機構にフィードバック制御するフィードバック制御手段と、
を備えたことを特徴とするフェーズドアレーレーザ装置。
In the phased array laser device that branches the output light of the reference laser light source into subarrays, amplifies each subarray, and performs coherent addition,
For each subarray,
A four-quadrant photodetector that converts the combined light of the reference light generated based on one of the sub-arrays and the sub-array output light into an electrical signal for each quadrant;
A translation drive mechanism for an optical system that collimates the sub-array output light;
Based on the signal from the four-quadrant optical detector, the optical phase difference between the reference light and the subarray output light is detected and feedback controlled to the optical phase modulator for the subarray, and the pointing direction error of the subarray output light is detected and Feedback control means for feedback control to the translation drive mechanism;
A phased array laser device comprising:
フィードバック制御手段が、4象限光検出器の電気信号から検出したサブアレー出力光の指向方向誤差に所望のオフセットを与えて並進駆動機構にフィードバックしてサブアレー出力光の指向方向を所望の方向に制御することを特徴とする請求項1に記載のフェーズドアレーレーザ装置。   The feedback control means gives a desired offset to the directivity error of the subarray output light detected from the electric signal of the four-quadrant light detector and feeds back to the translation drive mechanism to control the directivity of the subarray output light in the desired direction. The phased array laser apparatus according to claim 1. フィードバック制御手段が、4象限光検出器の電気信号から検出したサブアレー出力光の光位相差に所望のオフセットを与えて光位相変調器にフィードバックしてサブアレー出力光を所望の位置に集光させることを特徴とする請求項2に記載のフェーズドアレーレーザ装置。   The feedback control means gives a desired offset to the optical phase difference of the sub-array output light detected from the electric signal of the four-quadrant photodetector and feeds back to the optical phase modulator to collect the sub-array output light at a desired position. The phased array laser device according to claim 2.
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