Elyaf lazerlarining kuchi va energiyasini oshirish asosan to'rt omil bilan cheklanadi: chiziqli bo'lmagan effektlar, termal effektlar, optik shikastlanish va nasos chegaralari. Shuning uchun bitta toladan o'rtacha quvvat va impuls energiyasi chiqishi chegaralariga ega. Kogerent sintez texnologiyasi bu chegarani buzishning samarali vositasidir. 1-rasmda ushbu sohadagi asosiy tadqiqot mazmuni ko'rsatilgan.
Inkogerent sintez sintez qilingan nurning kogerentligini kafolatlamaydi, faqat lazerlarning kosmosdagi superpozitsiyasini amalga oshiradi. Qurilma nisbatan sodda va dastur stsenariysi asosan lazer qurollaridir. Inkogerent sintez asosan uch turga bo'linadi: parallel sintez, passiv qurilma sintezi va spektral sintez. Parallel sintezda lazerning chiqish uchlari yonma-yon joylashtiriladi va chiqish nurlari masofadan kichikroq maydonda kattaroq o'rtacha quvvatga etadi. Passiv qurilma sintezi bir nechta lazerlarni polarizatsiya nurlarini ajratgichlar va nur birlashtiruvchi kabi qurilmalar orqali sintez qiladi. Spektral sintez deganda bir nechta tor tarmoqli uzluksiz yorug'likning sintezi tushuniladi, bu asosan hajmli Bragg panjaralari, dikroik oynalar, filtrlar, diffraktsiya prizmalari yoki prizmalar bilan yakunlanadi.
Kogerent sintezda har bir lazerning bir xil faza, optik yo'l, quvvat, qutblanish, nur diametri va fazoviy yo'nalishga ega bo'lishini ta'minlash kerak. 2-rasm kogerent sintez tizimining sxematik diagrammasi bo'lib, uni asosan to'rt qismga bo'lish mumkin: nurni ajratuvchi / nur birlashtiruvchi, urug '/ kuchaytirgich, fazani blokirovkalash va kechiktirish blokirovkasi.
Kogerent kombinatsiyani to'rtta parametr bilan o'lchash mumkin: nur sifati, Strehl nisbati, samaradorlik va yorqinlikni birlashtirish. Nur sifati kombinatsiyalangan yorug'lik va Gauss nurlari o'rtasidagi o'xshashlikni anglatadi, bu M2 nur sifati omili bilan ifodalanadi. M2 1 ga qanchalik yaqin bo'lsa, nur sifati shunchalik yuqori bo'ladi. Strehl nisbati kombinatsiyalangan yorug'likning eng yuqori quvvatini mukammal fazaga mos keladigan ideal tepalik quvvatiga nisbatini bildiradi. Bu fazani qulflash holati va diafragma to'ldirish omili bilan bog'liq. Diafragmani to'ldirish koeffitsienti nur diafragma maydonining birlashtiriladigan massivning umumiy maydoniga nisbatini bildiradi.
Faza nomuvofiqligi qanchalik kichik bo'lsa, diafragmani to'ldirish koeffitsienti qanchalik baland bo'lsa, Strehl nisbati shunchalik yuqori bo'ladi va kogerent kombinatsiya ideal holatga qanchalik yaqin bo'ladi. Birlashtiruvchi samaradorlik - birlashtirilgan yorug'lik quvvatining birlashtirishdan oldin har bir kanalning umumiy quvvatiga nisbati. Bu nisbat 1 ga qanchalik yaqin bo'lsa, shunchalik ideal. Yorqinlik chiqish quvvati, to'lqin uzunligi va nur sifati bilan bog'liq, 1-formulada ko'rsatilganidek, bu erda C - nur shakliga bog'liq koeffitsient va Gauss nuriga mos keladigan C - 1. Birlashtirilgan nurning yorqinligi samaradorlikni, birlashtirilgan kanallar sonini va bitta kanalning yorqinligini birlashtiruvchi.
Nur ajratuvchi/kombinator turiga qarab, kogerent sintezni ikki turga bo'lish mumkin: plitkali diafragma va to'ldirilgan diafragma. Plitkali diafragma sintezining diafragma to'ldirish koeffitsienti 1 dan kam, bunga to'rt turdagi qurilmalar orqali erishish mumkin: kollimator qatori, mikrolinzalar qatori, tolalar to'plami va ko'p yadroli tolalar. 3-rasmda sintez uchun kollimator massividan foydalanganda turli tarqalish masofalarida yorug'lik intensivligini taqsimlashning simulyatsiya natijalari ko'rsatilgan. Kollimatorning joylashuvi qanchalik ixcham bo'lsa, diafragma to'ldirish koeffitsienti 1 ga yaqinroq bo'lsa, sintez effekti shunchalik yaxshi bo'ladi va nazariy chegara samaradorligi 76% ni tashkil qiladi [2]. Plitkali diafragma sintezi qurilmasi oddiyroq, ammo sintez samaradorligi pastroq.
To'ldirilgan diafragma sintezining to'ldirish omili 1 ga teng va sintez samaradorligi nisbatan yuqori. Uni to‘rt turga bo‘lish mumkin: 4-rasmda ko‘rsatilganidek, qutblanish sintezi, intensivlik sintezi, diffraktsiya sintezi va aks ettirish sintezi. Polarizatsiya sintezi deganda ikkita ortogonal qutblangan yorug‘lik nurlarini sintez qilish uchun polarizatsiya nurlarini ajratuvchi yoki yupqa plyonkali polarizatordan foydalanish tushuniladi. bittaga aylanadi va sintez yo'llari sonini kaskad strukturasi orqali oshirish mumkin. Intensivlik sintezi bir xil quvvatga ega ikkita yorug'lik yo'lini bir yo'lga sintez qilish uchun intensivlik nurlarini ajratuvchi vositadan foydalanish usulini anglatadi va bo'sh yorug'lik portining aralashuvi fazani blokirovka qilish orqali erishiladi va ko'p yo'l sintezi ham amalga oshirilishi mumkin. kaskad tuzilishi.
Polarizatsiya sintezi bilan solishtirganda, intensivlik sintezi yuqori o'rtacha quvvatga ega bo'lgan holatlar uchun javob beradi. Diffraktsiya sintezi turli xil diffraktsiya tartiblariga mos keladigan burchaklardagi yorug'lik tushishini bir nurga sintez qilish uchun panjara va prizma kabi difraksion optik asboblardan foydalanadi. Ikki bosqichli ketma-ket struktura N × N sinteziga erishish uchun sintez hajmini bir o'lchovdan ikki o'lchovga kengaytirish uchun ishlatilishi mumkin. Difraksion sintezning kuchi termal effektlar bilan chegaralanadi. Ko'zgu sinteziga gulbarg oynasi orqali erishiladi. Gulbarg oynasining turli joylari turli xil aks ettirish va o'tkazuvchanlikka ega. Kogerent sintez tushayotgan yorug'lik va yoritilgan yorug'lik yo'nalishi bo'yicha aks ettirilgan yorug'lik o'rtasidagi halokatli interferensiya orqali erishiladi. Har bir qismning aks ettirish xususiyati o'ziga xos qiymatga ega. Ikki o'lchovli sintezga ikkilamchi struktura orqali ham erishish mumkin.
Bundan tashqari, mikrolinzalar massivlariga asoslangan gibrid diafragma sintezi mavjud. Yorug'lik nuri ikki mikrolinzali massiv va linzalar orqali bo'linadi va sintezlanadi. Sintezlangan nurning holatini har bir nurning fazasini boshqarish orqali sozlash mumkin [3].
Issiqlik ta'siri va atrof-muhitning buzilishlari ta'sirida har bir signal ma'lum bir fazali shovqinga ega bo'lib, bu sintezlangan nurning sifati va sintez samaradorligiga ta'sir qiladi. 5-rasmda sintez uchun kolimator massividan foydalanilganda faza blokirovkasi yoqilganda va o'chirilganda sintezlangan yorug'lik nuqtasi ko'rsatilgan. Ko'rinib turibdiki, fazaviy blokirovka o'chirilganda, sintez effekti juda yomon.
Fazali blokirovkani faol fazani blokirovkalash va passiv fazani blokirovka qilish deb tasniflash mumkin. Passiv fazani blokirovkalash asosan to'rt turni o'z ichiga oladi: korezonansli bo'shliqning fazali blokirovkasi[4], faza konjugasiyasi[5], o'z-o'zini tashkil etish[6] va yo'qolgan to'lqin birikmasi. Birgalikda rezonansli bo'shliqni fazali qulflashda bir nechta kuchaytiruvchi tolalarning chiqish uchlari bir-biriga qaytariladi, bu bir xil rezonans bo'shlig'ini bo'lishish bilan tengdir va shu bilan fazaviy blokirovkaga erishiladi. Faza konjugatsiyasining fazali blokirovkasida, faza konjugatsiyasining nometalllariga asoslangan holda, faza rag'batlantirilgan Brillouin tarqalishi kabi chiziqli bo'lmagan effektlar orqali vaqt o'tishi bilan teskari bo'ladi va shu bilan asosiy kuchaytirgichdagi faza shovqinini qoplaydi. O'z-o'zini tartibga soluvchi rejimda qulflashda, kuchaytirgichlar orasidagi ulanishga erishish uchun Mishelson interferometrini hosil qilish uchun tolali Bragg panjarasi va nurni ajratuvchi ishlatiladi va shu bilan fazani qulflaydi. Evanescent to'lqinli ulanish ko'p kanalli kuchaytirgichlarni super rejimga birlashtiradi va shu bilan kanallar o'rtasida muvofiqlikka erishadi va ko'pincha ko'p yadroli optik tolalarda qo'llaniladi.