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光束倾斜控制技术以稳定光轴方向、实现光束精密指向为目的,广泛应用于空间光通信、激光雷达及天文观测等领域,一直是光学工程领域的研究热点。近年来,随着光纤激光技术的出现和飞速发展,人们提出了基于光纤激光器的新型光束偏转方案,该方案将光纤激光器的输出端作为控制对象,通过精确控制其在准直透镜焦平面上的位置来实现输出光束的高精度偏转。光纤具有质地柔软、体积小、重量轻等优势,为其偏转控制提供了便利条件,且可实现偏转装置的小型化、集成化,是当前光束控制领域的研究热点。 目前,基于光纤激光器的倾斜控制技术仍处于起步阶段,在功率扩展、频率响应、偏转范围和偏转精度等方面仍需深入研究。为此,本文对这一技术进行了系统研究,获得了如下成果: 1.对光纤激光倾斜控制技术的发展现状进行了综述,回顾了国内外研究人员将自适应光纤准直器用于光纤激光倾斜控制的研究成果,总结了当前自适应光纤准直器在向高功率拓展时的局限性。简要介绍了柔性铰链技术的基本原理和研究现状。 2.对自适应光纤准直器进行了理论分析,详细分析了各种参数及性能指标对光束偏转的影响。研究发现光纤端帽结构以及压电陶瓷响应特性会严重影响自适应光纤准直器的倾斜控制范围和准直光束质量,为后续实验研究提供了指导。 3.在国际上首次提出了基于柔性铰链的自适应光纤准直器,并进行了相关实验验证。论文中共设计研制了三种自适应光纤准直器,包含一维和二维小角度倾斜控制的准直器以及基于杠杆的二维大角度倾斜控制的准直器。实验结果表明,小角度倾斜控制的自适应光纤准直器在0~150V的驱动电压下可实现小于50μrad的光束偏转,一阶谐振频率在700Hz左右;基于杠杆的自适应光纤准直器的倾斜控制范围可达0.5mrad以上,一阶谐振频率在600Hz左右,有效控制带宽在500Hz以上,位置稳定精度的均方根误差小于15μrad。 4.基于自研的自适应光纤准直器开展了光纤激光合成实验研究。实现了两路光纤激光相干合成与非相干合成,以及两路10瓦级光纤放大器相干合成。放大器相干合成实验中归一化桶中功率值从0.311提升至0.934,条纹对比度从近乎为0提升至大于82%。实验结果充分验证了自研的自适应光纤准直器对光纤激光倾斜控制的有效性。 综上所述,本文对基于柔性铰链的自适应光纤准直器进行了系统研究,实现了基于柔性铰链的自适应光纤准直器的研制及其在光束合成领域的应用,为后续研究提供了重要参考,为实施大功率光纤激光光束合成奠定了重要的技术基础。