一种超大功率二维半导体锁相列阵稳定震荡模式技术
专利汇可以提供一种超大功率二维半导体锁相列阵稳定震荡模式技术专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供了服务于超大功率 半导体 列阵稳定选择同相模震荡的双路自适应传感补偿稳模系统技术，给出了构建 位置 可以互换的两路并联的自适应传感补偿稳模系统的方式方法，包括基于转折结构外腔构建与CCD1相关的一路测量外腔形变的子系统和补偿外腔形变的子系统的方式方法，与CCD2相关的一路测量外腔形变的子系统和补偿外腔形变的子系统的方式方法；每一路测量外腔形变的子系统通过各单元协同，测量被外腔镜反射的He-Ne 激光束 波前斜率相关参数，计算出外腔形变量和所需补偿量，再由补偿外腔形变的子系统各单元协同，补偿一个方向的外腔形变的方式方法；以及双路自适应传感补偿稳模系统，在每一路自适应传感补偿稳模系统各测量一个方向形变参数的 基础 上，联合协同优化补偿操作，抵消β扰动引起的超模光成像位置的改变的方式方法。通过构建适配外腔转折结构的两路并联的自适应传感补偿稳模系统，实现了适时补偿由残余热效应等引起的外腔镜随机形变，使得采用倾斜匹配 角 度的外腔镜 锁 相的超大功率二维半导体列阵稳定 地震 荡于同相模，保障列阵稳定输出的高 质量 。，下面是一种超大功率二维半导体锁相列阵稳定震荡模式技术专利的具体信息内容。
1、服务于超大功率半导体列阵稳定选择同相模震荡的双路自适应传感补偿稳模系统，包括基于转折结构外腔构建双路自适应传感补偿稳模系统，分为两路并行的测量外腔形变的子系统、以及分别与两路并行的测量外腔形变的子系统配对的两路并行的补偿外腔形变的子系统，其特征在于：所述双路自适应传感补偿稳模系统为两个并联的自适应传感补偿稳模系统，测量外腔形变的子系统的主动传感光源发出的He-Ne激光束，经匹配扩束镜扩束，再由分光镜反射，投射到倾斜的1/4Talbot外腔镜反射面上，经外腔镜反射的He-Ne激光束，在穿透分光镜后，其中一路射向第一反射镜，而另一路射向第二反射镜，经第一反射镜和第二反射镜反射后，再并行经第三反射镜反射；而后，来自第一反射镜的那部分He-Ne激光束将经第一变焦光学器件调节，以匹配第一微透镜阵列，第一微透镜阵列的每一个微透镜将透过自身的光束成像于第一CCD上一个像素阵列，相应光斑质心、子孔径对应波前斜率，以及波前斜率最大值、波前斜率均值、驱动与第一固定设备连接的压电补偿器所需驱动电压值的获取，由第一处理器完成，从而，双路自适应传感补偿稳模系统中的一路自适应传感补偿稳模系统的测量外腔形变的子系统，完成对外腔镜一个方向的形变的测量；同时，来自第二反射镜的那部分He-Ne激光束将经第二变焦光学器件调节，以匹配第二微透镜阵列，第二微透镜阵列的每一个微透镜将透过自身的光束成像于第二CCD上一个像素阵列，相应光斑质心、子孔径对应波前斜率，以及波前斜率最大值、波前斜率均值、驱动与第二固定设备连接的压电补偿器所需驱动电压值的获取，由第二处理器完成，从而，双路自适应传感补偿稳模系统中的另一路自适应传感补偿稳模系统的测量外腔形变的子系统，完成对外腔镜另一个方向的形变的测量；在上述两路并联的测量外腔形变的子系统，完成所述外腔形变的测量后，第一处理器将驱动与第一固定设备连接的压电补偿器所需驱动电压值，输出给输入端与第一处理器输出端连接的第一数模转换器，再由第一数模转换器将自身的响应，输出给输入端与第一数模转换器输出端连接的第一高压驱动模块，由第一高压驱动模块将自身的响应，输出给与第一固定设备连接的压电补偿器，驱动与第一固定设备连接的压电补偿器膨胀，使外腔镜一个方向的形变得到补偿；同时，第二处理器将驱动与第二固定设备连接的压电补偿器所需驱动电压值，输出给输入端与第二处理器输出端连接的第二数模转换器，再由第二数模转换器将自身的响应，输出给输入端与第二数模转换器输出端连接的第二高压驱动模块，由第二高压驱动模块将自身的响应，输出给与第二固定设备连接的压电补偿器，驱动与第二固定设备连接的压电补偿器膨胀，使外腔镜另一个方向的形变得到补偿；这样双路自适应传感补偿稳模系统中，两路并行的补偿外腔形变的子系统分别对应并衔接两路并行的测量外腔形变的子系统，分别完成补偿外腔两个方向形变，并行地各补偿外腔镜一个方向的形变。
2、 根据权利要求1所述的双路自适应传感补偿稳模系统，其特征在于：对应第一 CCD上各个像素阵 歹IJ，将各个子孔径对应波前斜率，根据外腔两个方向形变及其补偿交联分别加权，然后求和；将各 个子孔径对应波前斜率中的最大值，根据外腔两个方向形变及其补偿交联加权；将各个子孔径对应 波前斜率的均值，根据外腔两个方向形变及其补偿交联加权；然后，将三者求和，作为驱动与第一 固定设备连接的压电补偿器所需驱动电压值；同时，对应第二CCD上各个像素阵列，将各个子孔 径对应波前斜率，根据外腔两个方向形变及其补偿交联分别加权，然后求和；将各个子孔径对应波 前斜率中的最大值，根据外腔两个方向形变及其补偿交联加权；将各个子孔径对应波前斜率的均值， 根据外腔两个方向形变及其补偿交联加权；然后，将三者求和，作为驱动与第二固定设备连接的压 电补偿器所需驱动电压值。
一种超大功率二维半导体锁相列阵稳定震荡模式技术
技术领域
背景技术
实现各个单元相干运行方法包括内部耦合和外部耦合。内部耦合通过控制折射率、增益区分布、构造 适当的有源层、衬底和覆盖层等措施来使位相得到锁定，但是此种机制相应的发光单元宽度大大限制了半 导体列阵能够输出的功率，另外，其相应的系统不稳定性会随着发光单元的增多和驱动电流的增大而增大。
外部耦合通过在半导体列阵外部采用位相共轭镜反馈注入锁定技术、主从激光器注入锁定技术、外腔镜技 术实现锁相输出。
对-丁-相邻发光单元距离达数百微米的大功率半导体列阵，特别适宜采用基于模式耦合理论和Talbot腔 理论的外腔耦合锁相，相应功率耦合主要发生在紧邻单元之间，非相邻单元耦合可以忽略不计，相应系统 结构简单而功效良奸。
利用工作中心波长为L慢轴列阵周期为d，腔长为Lc-d"2X,外腔镜法线方向垂直丁-慢轴的1/4 Talbot 外腔镜技术能够成功地锁定大功率半导体列阵相位，但相应远场分布为双瓣结构，标明相应震荡模式为最 高阶超模；按照分数Talbot腔场分布规律，为使系统震荡于基超模，以得到远场分布为单瓣结构、接近衍 射极限的极佳输出，必须将此1/4 Talbot外腔镜在慢轴方向适当地偏转一定角度，这是二维半导体叠层列 阵采用外腔技术选择基超模震荡的方式，已成功地获得工程实现，然而，在此项技术应用于超大功率二维 半导体列阵锁相时，在倾斜适配角度的外腔镜使列阵选择基超模震荡后，虽然冷却子系统能够保障列阵持 续工作，但残余热效应仍然会使得外腔形变不断加剧，再加上平台震动等，导致最高阶超模震荡。因此， 必须对超大功率二维半导体列阵采取稳模措施，以使列阵能够稳定地震荡于基超模，输出髙质量激光束， 为此，本发明给出了一种超大功率二维半导体锁相列阵稳定震荡模式技术。
发明内容
本发明针对的技术问题解决办法：采用双路自适应传感补偿由残余热效应等引起的外腔镜形变，通过 测量外腔形变的子系统各单元协同，测量被外腔镜反射的He-Ne激光束波前斜率相关参数，计算出外腔形变量和所需补偿量，再由补偿外腔形变的子系统各单元协同，补偿外腔形变，抵消p扰动引起的超模光成 像位暨的改变。图2为超大功率二维半导体锁相列阵双路自适应传感补偿系统结构设计、构成元素、及运 行示意图，其外腔为转折结构，相应外腔镜法线方向与列阵发光单元法线方向有一定夹角，各发光单元发 出的激光传送至外腔镜的传输长度为】/4Talbot腔长，即Lc- d2/2X,外腔镜在慢轴对应方向偏转角度(3 -X/2d;随着列阵输出基超模激光功率的增大，残余热效应使p发生近似对称性的双向漂移，本发明针对性地 采用双路自适应传感补偿，依靠与10.1相关的形变测量及补偿设备和与11〗.2相关形变测量及补偿设备，各 适时测量P—个方向的漂移覽，并分别适时补偿之。
本发明采用He-Ne激光器作为主动传感光源，经匹配扩束镜扩束，再由分光镜反射，投射到倾斜p的 1/4Taibot外腔镜反射面工，尔后，经外腔镜反射的He-Ne激光束将穿透分光镜，射向反射镜Rl.l和R1.2， 经反射镜2反射后，对应Rl.l的那部分He-Ne激光束将经变焦光学器件l调节，以匹配微透镜阵列l，从 而，每一个微透镜能将对应入射光束成像于CCD1上一个像素阵列，即CCD1上一个固定区域，相应光斑 质心、子孔径对应波前斜率，以及对应CCD1的波前斜率最大值、对应CCD1的波前斜率均值、驱动相关 压电补偿器所霈驱动电压值的获取由处理器1完成，然后再配合相应D/A、相应高压驱动模块，驱动Rl.! 的E电补偿器PZT膨胀，使外腔镜一个方向的形变得到补偿；同时，其余的He-Ne激光束，即对应RI.2 的那部分，将经变焦光学器伴2调节，以匹配微透镜阵列2，从而每一个微透镜能将对应入射光束成像T CCD2上一个像索阵列，其光斑质心、子孔径对应波前斜率，以及对应CCD2的波前斜率最大值、对应CCD2 的波前斜率均值、驱动相关压电补偿器所需驱动电压值的获取由相应处理器2完成，然后再配合相应D/A、 相应高压驱动模块，驱动R1.2的压电补偿器PZT膨胀，使外腔镜另外一个方向的形变得到补偿。针对外 腔镜形变具有不确定性：补偿系统模型具有不确定性，压电补偿执行机构存在迟滞和非线性效应，结合模 型摄动、两路测量子系统和补偿子系统协同，对控制进行优化，在满足测量子系统和补偿子系统有关参数 匹配传感光源，控制器适配补偿器幅度特性、频率特性，使测量子系统和补偿子系统具备足够的分辨率和 控制精度条件下进行系统设计，获得足够的测量和补偿能力，更优地对进行测量和补偿操作。
附图说明
图！为倾斜p的l/4Talbot外腔镜技术锁相半导体列阵及相应光场分布示意图，p = X/2d; 图2为超大功率二维半导体锁相列阵双路自适应传感补偿系统示意图：
图3为锁相系统优化流程框图，^对应列阵选择基超模的反馈光最佳成像位置'W"为相应性能加权'S 对应列阵选择超模的反馈光实际成像位置，5e对应控制误差，K^为相应性能加权，D(S)为探测器传输凼 数，C(S)为控制器传输函数，p对应模型摄动，W^为必须覆盖系统的不确定范围的摄动加权凼数'M(S) 为执行机构传输函数，A对应扰动，f^为扰动输入加权函数。
图4为未采用本发明给出的技术前，依靠倾斜X/2d的1/4 Ta!bot外腔镜技术锁相的超大功率二维半导体列阵， 在输出一段时间后，典-娥输出场分布，可见，外腔形变导致了震荡模式的变化。
图5为采用本发明给出的技术后'依靠倾斜V2d的1/4Talbot外腔镜技术锬相的超大功率二维丰导体列阵' 典型输出场分布，可见，外腔形变得到了很好的补偿，列阵稳定地簾荡于基超模。
下面通过实例具体说明本发明内容：
具体实施方式
计算得出，M是对应此亍孔径的像素阵列式中的行数，N是像素阵列式中的列数，〜是像素阵列中像素(,J) 的x坐标，；^是像素(,'，y)的Y坐标，^对应像素(")的输出光强值。如果在外腔镜未发生形变时， 一个光 斑质心为（Xa。，y^。），那么，外腔镜发生形变后，相应光斑质心耍发生一定偏移而变为（JC。w,;^^),如果 此微透镜的焦距为/,则相应光斑波前斜率为
-W仏^ -JaoV/; 对微透镜总数为Q的微透镜阵列l而言，各子孔径对应波前斜率
最大值
均值
驱动压电补偿器所需驱动电压值为
1?"
^1[(g;c「G，《〜-^雄《]，
式中
五二[l,l,l,...，lf
= " ^ + U《+〜* ^(阔:
《^
& 、 W"、 C^是S^的各个性能加权值，〜、"^、 C^是^的各个性能加权值，与两个方向
形变及其补偿交联相关，是系统优化设计一个重要方面；g^为《的列向量，g,为G,的行向量，可事
先通过测量计算得到存储在处理器中，以供实时计算^时调用，设定初始值P^ =[0,0,0，...，of ，相应叠 代算式为据此，相关处理器在适时计算出驱动电压后，配合D/A、高压驱动模块，补偿外腔镜形变。外腔镜对应Rl.l 那个方向形变的测量、运算、补偿的处理，由Rl.l、 CCD1、处理器l、 D/A、相应高压驱动模块、相应 压电补偿器协同完成操作；同时，外腔镜另一个方向，即对应R1.2的那个方向形变的测量、运算、补偿的 处理，由R1.2、 CCD2、处理器2、 D/A、相应高压驱动模块、相应压电补偿器协同完成操作。外腔镜形 变具有不确定性，补偿系统模型具有不确定性，压电补偿执行机构存在迟滞和非线性效应，为获得对超大 功率二维半导体列阵外腔镜形变的高性能测量和补偿，必须结合模型摄动对双路自适应传感补偿稳模系统 控制进行优化，图3为相关流程框图，低阶次控制器便于工程实现'，在保证设计耍求的前提下，优化时， 尽可能地采用了低阶次的加权函数满足系统性能要求。在外腔形变测量及补偿子系统有关参数匹配传感光 源，控制器适配补偿器幅度特性、频率特性，使外腔形变测量及补偿子系统具备足够的分辨率和控制精度， 在满足控制带宽条件下进行双路自适应传感补偿稳模系统优化控制设计，获得了足够的测量和补偿能力。 图4为未采用本发明给出的技术前，依靠倾斜V2d的l/4Talbot外腔镜技术锁相的超大功率二维半导体列 阵，在输出一段时间后，典型输出场分布，可见，外腔形变导致了震荡模式的变化；图5为采用本发明给 出的技术后，依靠倾斜V2d的I/4Talbot外腔镜技术锁相的超大功率二维半导体列阵，典型输出场分布，可 见，外腔形变得到了很好的补偿，列阵稳定地震荡于基超模。
本发明有益效果：双路自适应传感补偿稳模系统通过两路测量子系统和补偿子系统联合测量和补偿，能够 很好地伺服于倾斜A/2d的l/4Talbot外腔镜技术，克服外腔镜形变给超大功率二维半导体列阵锁相带来的影 响，使列阵能够稳定地震荡于基超模。
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