Skaidulinių lazerių galios ir energijos didinimą daugiausia riboja keturi veiksniai: netiesiniai efektai, šiluminiai efektai, optiniai pažeidimai ir siurbimo ribos. Todėl vieno pluošto vidutinė galia ir impulsų energija turi ribas. Darnios sintezės technologija yra veiksminga priemonė šiai ribai peržengti. 1 paveiksle parodytas pagrindinis šios srities tyrimų turinys.
Nenuosekli sintezė negarantuoja susintetinto pluošto darnos, o tik realizuoja lazerių superpoziciją erdvėje. Prietaisas yra gana paprastas, o taikymo scenarijus daugiausia yra lazeriniai ginklai. Nenuosekli sintezė daugiausia skirstoma į tris tipus: lygiagrečiąją sintezę, pasyviąją įrenginių sintezę ir spektrinę sintezę. Lygiagrečios sintezės metu lazerio išėjimo galai yra išdėstyti vienas šalia kito, o išėjimo spindulys pasiekia didesnę vidutinę galią mažesniame plote atstumu. Pasyviojo įrenginio sintezė sintezuoja kelis lazerius į vieną per įrenginius, tokius kaip poliarizacijos pluošto skirstytuvai ir pluošto kombinatoriai. Spektrinė sintezė reiškia kelių siauro dažnių juostos nepertraukiamos šviesos sintezę į vieną, kurią dažniausiai užbaigia tūrinės Bragg grotelės, dichroiniai veidrodžiai, filtrai, difrakcijos prizmės ar prizmės.
Vykdant koherentinę sintezę, būtina užtikrinti, kad kiekvienas lazeris turėtų tą pačią fazę, optinį kelią, galią, poliarizaciją, pluošto skersmenį ir erdvinę kryptį. 2 paveiksle yra nuoseklios sintezės sistemos schema, kurią daugiausia galima suskirstyti į keturias dalis: pluošto skirstytuvą / pluošto kombinatorių, sėklų / stiprintuvą, fazės fiksavimą ir uždelsimo fiksavimą.
Nuoseklus derinimas gali būti matuojamas keturiais parametrais: spindulio kokybe, Strehl santykiu, derinimo efektyvumu ir ryškumu. Spindulio kokybė reiškia kombinuotos šviesos ir Gauso pluošto panašumą, kuris išreiškiamas spindulio kokybės koeficientu M2. Kuo M2 arčiau 1, tuo geresnė spindulio kokybė. Strehl santykis reiškia didžiausios kombinuotos šviesos galios ir idealios didžiausios galios santykį su tobulu fazių suderinimu. Tai susiję su fazės fiksavimo situacija ir diafragmos užpildymo koeficientu. Diafragmos užpildymo koeficientas reiškia pluošto apertūros ploto ir bendro derinamo masyvo ploto santykį.
Kuo mažesnis fazių neatitikimas, tuo didesnis diafragmos užpildymo koeficientas, tuo didesnis Strehl koeficientas ir tuo nuoseklus derinimas yra arčiau idealios būsenos. Sujungimo efektyvumas yra kombinuotos šviesos galios ir bendros kiekvieno kanalo galios santykis prieš sujungiant. Kuo santykis artimesnis 1, tuo jis idealesnis. Ryškumas yra susijęs su išėjimo galia, bangos ilgiu ir pluošto kokybe, kaip parodyta 1 formulėje, kur C yra koeficientas, susijęs su pluošto forma, o C, atitinkantis Gauso pluoštą, yra 1. Kombinuoto pluošto ryškumas yra rezultatas derinant efektyvumą, sujungtų kanalų skaičių ir vieno kanalo ryškumą.
Pagal pluošto skirstytuvo/kombinatoriaus tipą koherentinė sintezė gali būti suskirstyta į du tipus: plytelių angą ir užpildytą angą. Plytelių apertūros sintezės diafragmos užpildymo koeficientas yra mažesnis nei 1, kurį galima pasiekti naudojant keturių tipų įrenginius: kolimatoriaus matricą, mikrolęšių masyvą, pluošto pluoštą ir kelių branduolių pluoštą. 3 paveiksle pavaizduoti šviesos intensyvumo pasiskirstymo skirtingais sklidimo atstumais modeliavimo rezultatai, kai sintezei naudojama kolimatoriaus matrica. Kuo kompaktiškesnis kolimatoriaus išdėstymas, tuo diafragmos užpildymo koeficientas artimesnis 1, tuo geresnis sintezės efektas, o teorinis ribinis efektyvumas yra 76 % [2]. Plytelių apertūrų sintezės įrenginys yra paprastesnis, tačiau sintezės efektyvumas mažesnis.
Užpildytos apertūros sintezės užpildymo koeficientas yra 1, o sintezės efektyvumas yra gana didelis. Jį galima suskirstyti į keturis tipus: poliarizacijos sintezę, intensyvumo sintezę, difrakcijos sintezę ir atspindžio sintezę, kaip parodyta 4 paveiksle. Poliarizacinė sintezė reiškia poliarizacinio pluošto skirstytuvo arba plonasluoksnio poliarizatoriaus panaudojimą dviem statmenai poliarizuotiems šviesos pluoštams susintetinti. į vieną, o sintezės kelių skaičius gali būti padidintas per kaskadą struktūra. Intensyvumo sintezė reiškia metodą, kai naudojamas intensyvumo pluošto skirstytuvas, siekiant susintetinti du vienodos galios šviesos kelius į vieną kelią, o tuščiosios eigos šviesos prievado trukdžiai pasiekiami fazės fiksavimu, o kelių takų sintezė taip pat gali būti pasiekta naudojant kaskadinė struktūra.
Palyginti su poliarizacijos sinteze, intensyvumo sintezė tinka didesnės vidutinės galios atvejais. Difrakcinė sintezė naudoja difrakcijos optinius įtaisus, tokius kaip gardelės ir prizmės, kad sintezuotų šviesą, krintantį kampais, atitinkančiais skirtingas difrakcijos eiles, į vieną spindulį. Dviejų pakopų serijos struktūra gali būti naudojama norint išplėsti sintezės matmenį nuo vieno iki dviejų matmenų, kad būtų pasiekta N × N sintezė. Difrakcijos sintezės galią riboja šiluminiai efektai. Atspindžio sintezė pasiekiama per žiedlapių veidrodį. Skirtingos žiedlapių veidrodžio sritys turi skirtingą atspindį ir pralaidumą. Koherentinė sintezė pasiekiama dėl destruktyvių trukdžių tarp krintančios šviesos ir atspindėtos šviesos atspindėtos šviesos kryptimi. Kiekvienos dalies atspindėjimas turi tam tikrą reikšmę. Dvimatė sintezė taip pat gali būti pasiekta naudojant antrinę struktūrą.
Be to, yra hibridinė diafragmos sintezė, pagrįsta mikrolęšių matricomis. Šviesos spindulys yra padalintas ir sintetinamas per du mikrolęšių matricas ir objektyvą. Sintezuoto pluošto padėtį galima reguliuoti valdant kiekvieno pluošto fazę [3].
Šiluminio poveikio ir aplinkos trikdžių įtakoje kiekvienas signalas turi tam tikrą fazinį triukšmą, kuris turi įtakos sintezuojamo pluošto kokybei ir sintezės efektyvumui. 5 paveiksle parodyta susintetintos šviesos taškas, kai įjungiamas ir išjungiamas fazės užraktas, kai sintezei naudojamas kolimatoriaus masyvas. Matyti, kad išjungus fazės užraktą, sintezės efektas būna labai prastas.
Fazių blokavimą galima suskirstyti į aktyvų fazės užrakinimą ir pasyvų fazės užrakinimą. Pasyvusis fazės užraktas daugiausia apima keturis tipus: bendro rezonansinio ertmės fazių užraktą[4], fazių konjugavimą[5], savaiminį organizavimą[6] ir išnykstančios bangos jungtį. Atliekant bendro rezonansinės ertmės fazės fiksavimą, kelių stiprinimo skaidulų išvesties galai grąžinami vienas į kitą, o tai prilygsta tos pačios rezonansinės ertmės dalijimuisi, taip pasiekiamas fazės užrakinimas. Fazių konjugacijos fazių užrakinimo metu, remiantis fazių konjugacijos veidrodžiais, fazė laikui bėgant apverčiama dėl netiesinių efektų, tokių kaip stimuliuojama Brillouin sklaida, taip kompensuojant fazinį triukšmą pagrindiniame stiprintuve. Savaime organizuojamo režimo užrakinimo metu naudojamos pluošto Bragg grotelės ir pluošto skirstytuvas, kad būtų suformuotas Michelson interferometras, kad būtų galima sujungti stiprintuvus ir taip užrakinti fazę. Išnykstančių bangų jungtis sujungia kelių kanalų stiprintuvus į super režimą, taip užtikrindama kanalų darną, ir dažnai naudojama kelių branduolių optiniuose pluoštuose.