一种光纤激光合成系统技术方案

本发明专利技术公开了一种光纤激光合成系统，包括：光谱合成系统，用于将若干组入射光束集分别进行共孔径光谱合成处理对应得到若干个初级激光束，并输出；扩束系统，其用于将接收到的若干个所述初级激光束分别进行光斑扩束，对应输出若干个次级激光束；以及激光出射系统，用于将接收到的若干个所述次级激光束进行非相干叠加得到合成光束并出射。本发明专利技术实现了不同波长带宽范围内的光谱合成，利用反射式衍射光栅的共孔径合束输出和双色片的宽光谱特性完成递进式共孔径叠加，实现激光阵列规模的成倍扩展，进而有效提升输出亮度满足不断扩展的应用需求。用需求。用需求。

【技术实现步骤摘要】
一种光纤激光合成系统


[0001]本专利技术涉及激光技术的应用领域，特别涉及一种基于双色片和衍射光栅级联的光纤激光合成系统。

技术介绍

[0002]近年来，高功率光纤激光在光电子
，特别是激光
已成为最炙手可热的研究方向之一。以稀土掺杂的波导光纤为工作介质，以半导体激光为抽运源的高功率光纤激光器，具有转换效率高、光束质量好，结构紧凑、运转稳定等突出优点，已成为高亮度激光的重要发展方向。然而，随着激光技术应用领域的不断扩大，对激光输出功率和光束质量的要求越来越高。在诸多领域，单纤激光的亮度已不能满足实际的应用需求，多光束合成技术应运而生。高功率光纤激光器的合成技术可以有效地将增益和热管理分配在数个光纤阵列中，打破“提升功率——产热增加——非线性效应增加”的恶性循环，有效提升输出激光的亮度。此外，光纤激光因其特有的波导结构热光性能优异、结构紧凑，十分适合作为单元模块构建系统。因此，光纤激光及其合成技术成为近年来激光领域的研究热点。
[0003]作为阵列光束合成的一种重要方式，光谱合成技术能够将若干个中心波长不同、线宽较窄的激光束，通过色散光学元件合成为一束激光。光谱合成对各路光束的相干性、功率一致性均没有要求，不需要复杂的相位控制措施，而且能够实现合成光束的共孔径输出，为高亮度光源的功率缩放提供了一种结构简单而稳定的技术方案，在高亮度应用方面具有特别的吸引力。
[0004]在先技术“一种复合式光谱合成装置CN105244752A”中可以看到，尽管采用了多层介质膜衍射光栅和偏振合束镜的复合式功率合成，但合成激光的输出亮度依然有很大的提升空间。一方面系统使用的衍射光栅为偏振相关的，只能对单方向的线偏振光进行高效率的衍射，而子光路激光器的输出却是非保偏光，这使得合成系统结构复杂，入射子束需要先起偏分光，在两个偏振方向分别进行光谱合成后，再利用偏振合束镜合二为一。传输光路中的光学元件较多，各光学元件除了会损耗能量，而且在高功率激光的辐照下易产生热形变，由此带来的波前畸变在传输过程中逐步叠加，最终可能致使光束质量严重退化。另一方面，衍射光栅能够进行高效率衍射的波长范围比较局限，从多缝衍射的原理出发，此波长范围也不可能无限制地增加，这会严重阻碍参与合成的子光束阵列的规模扩展。此种设计方案可以保留衍射光栅光谱合成的所有优点，同时吸收双色片合成的技术优势，进行优势互补，达到输出亮度最大化。

技术实现思路

[0005]本专利技术所需要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种光纤激光合成系统，以解决单一光谱合成方式阵列规模扩展难、输出亮度不能满足应用需求的问题。
[0006]为了解决以上问题，本专利技术通过以下技术方案实现：
[0007]一种光纤激光合成系统，包括：光谱合成系统，用于将若干组入射光束集分别进行
共孔径光谱合成处理对应得到若干个初级激光束，并输出；扩束系统，其用于将接收到的若干个所述初级激光束分别进行光斑扩束，对应输出若干个次级激光束；以及激光出射系统，用于将接收到的若干个所述次级激光束进行非相干叠加得到合成光束并出射。
[0008]优选地，所述光谱合成系统包括若干个反射式衍射光栅；每一所述反射式衍射光栅对应的将所述入射光束集中的入射光束进行共孔径光谱合成处理得到所述初级激光束，并输出。
[0009]优选地，每组所述入射光束集包括若干个具有不同中心波长的入射光束。
[0010]优选地，所有组的所述入射光束集包括所有具有不同中心波长的入射光束构成的全波段波长范围的激光。
[0011]优选地，每组所述入射光束集中的每一所述入射光束以预设入射角对应入射至所述反射式衍射光栅表面。
[0012]优选地，所述预设入射角α通过以下公式进行计算：
[0013]d(sinα+sinβ)＝mλ(λ＝λ1，λ2，...，λ
ni
)
[0014]式中，d为每一所述反射式衍射光栅的光栅常数；m为每一所述反射式衍射光栅的衍射级次；λ为每一所述入射光束的波长；β为所述入射光束的衍射角。
[0015]优选地，所述扩束系统包括若干个子扩束系统；每一所述子扩束系统对应的将所述初级激光束进行光斑扩束得到所述次级激光束，并输出。
[0016]优选地，所述激光出射系统包括N个平面反射镜和N-1个双色片，其中N≥2。
[0017]若干个所述次级激光束中的第一次级激光束入射至第一平面反射镜前表面上；所述第一平面反射镜对所述第一次级激光束进行反射得到第一反射激光束；所述第一反射激光束入射至第一双色片的反射面进行反射后与经所述第一双色片透射的若干个所述次级激光束中的第二次级激光束合成，得到第一叠加光束；所述第一叠加光束入射至第二平面反射镜前表面上；所述第二平面反射镜对所述第一叠加光束进行反射得到第二反射激光束；所述第二反射激光束入射至第二双色片的反射面进行反射后与经所述第二双色片透射的若干个所述次级激光束中的第三次级激光束合成，得到第二叠加光束。
[0018]依此类推，第N-2叠加光束入射至第N-1平面反射镜前表面上；所述第N-1平面反射镜对所述第N-2叠加光束进行反射得到第N-1反射激光束；所述第N-1反射激光束入射至所述第N-1双色片的反射面进行反射后与经所述第N-1双色片透射的若干个所述次级激光束中的第N次级激光束合成，得到第N-1叠加光束；所述第N-1叠加光束入射至所述第N平面反射镜前表面上，所述第N平面反射镜对所述第N-1叠加光束进行反射得到第N反射激光束；此时，所述第N反射激光束为所述合成光束。
[0019]优选地，所述激光出射系统还包括成像傅里叶透镜和电荷耦合相机；所述第N-1叠加光束经所述第N平面反射镜进行透射得到的透射光依次经所述成像傅里叶透镜和所述电荷耦合相机进行输出；所述成像傅里叶透镜将所述透射光变换为聚焦光束，所述电荷耦合相机将接收到的所述聚焦光束转化为图像信息。
[0020]优选地，所述合成光束的输出亮度B可用如下公式表示：
[0021][0022]式中，P为所述合成光束的输出功率，M2为所述合成光束的光束质量。
[0023]本专利技术至少具有以下优点之一：
[0024]本专利技术所提供的光纤激光合成系统将基于衍射光栅和双色片的两种光谱合成技术相结合，进行优势互补级联合成，从而打破单一光谱合成方式阵列规模扩展难的困扰，通过利用级联式光谱合成的技术方案，可将更宽范围的激光波长纳入到合成链路中，实现激光阵列规模的成倍扩展和激光系统光束亮度的定标放大。
[0025]本专利技术所提供的光纤激光合成系统，采用强光反射式设计，大部分的激光能量在双色片和平面反射镜之间反射，透过双色片的永远只有单个光谱合成系统合成的初级激光束，可以通过扩束系统灵活调整光谱合成系统出射后的光斑大小，进而来控制入射到双色片的激光能量密度，且不会引发色散导致的光束质量退化，有效降低了光学元件在高功率激光辐照下的热畸变。
[0026]本专利技术所提供的光纤激光合成系统，各宽光谱波长范围双色片的光谱反射率可根据光谱合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光纤激光合成系统，其特征在于，包括：光谱合成系统，用于将若干组入射光束集分别进行共孔径光谱合成处理对应得到若干个初级激光束，并输出；扩束系统，其用于将接收到的若干个所述初级激光束分别进行光斑扩束，对应输出若干个次级激光束；以及激光出射系统，用于将接收到的若干个所述次级激光束进行非相干叠加得到合成光束并出射。2.如权利要求1所述的光纤激光合成系统，其特征在于，所述光谱合成系统包括若干个反射式衍射光栅；每一所述反射式衍射光栅对应的将所述入射光束集中的入射光束进行共孔径光谱合成处理得到所述初级激光束，并输出。3.如权利要求2所述的光纤激光合成系统，其特征在于，每组所述入射光束集包括若干个具有不同中心波长的入射光束。4.如权利要求3所述的光纤激光合成系统，其特征在于,所有组的所述入射光束集包括所有具有不同中心波长的入射光束构成的全波段波长范围的激光。5.如权利要求4所述的光纤激光合成系统，其特征在于，每组所述入射光束集中的每一所述入射光束以预设入射角对应入射至所述反射式衍射光栅表面。6.如权利要求5所述的光纤激光合成系统，其特征在于，所述预设入射角α通过以下公式进行计算：d(sinα+sinβ)＝mλ(λ＝λ1，λ2，...，λ
ni
)式中，d为每一所述反射式衍射光栅的光栅常数；m为每一所述反射式衍射光栅的衍射级次；λ为每一所述入射光束的波长；β为所述入射光束的衍射角。7.如权利要求6所述的光纤激光合成系统，其特征在于，所述扩束系统包括若干个子扩束系统；每一所述子扩束系统对应的将所述初级激光束进行光斑扩束得到所述次级激光束，并输出。8.如权利要求7所述的光纤激光合成系统，其特征在于，所述激光出射系统包括N个平面反射镜和N-1个双色片，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：柏刚，董延涛，陶坤宇，张大庆，郭贤斌，谭利临，田永明，
申请(专利权)人：上海无线电设备研究所，
类型：发明
国别省市：