專利名稱：四路非相干合束mopa高功率激光系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種激光輸出系統(tǒng)，具體地說是一種高光束質(zhì)量、高功率激 光輸出的基于SBS (受激布里淵散射)波形畸變補償原理的四路非相干合束 MOPA (主振蕩器-功率放大)高功率激光系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
我們知道，目前，基于SBS原理的非相干合束MOPA系統(tǒng)多采用兩路 功率放大系統(tǒng)獲得兩束偏振方向互相垂直的偏振光，再使這兩束非相干光迭 加合束，但是采用偏振片合束存在一個缺點，就是最大合束激光為兩束。目 前，已報道的采用SBS的MOPA偏振合束系統(tǒng)，輸出激光平均功率達到了 500W，但是繼續(xù)提高輸出功率困難很大。由本申請人在先申請的"四路非相 干合束MOPA激光系統(tǒng)"專利，申請?zhí)枮?006100444563 ，原說明書中部分內(nèi) 容陳述不清楚而無法實現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種由四 束基于SBS的非相干激光迭加合為一束高光束質(zhì)量、高輸出功率的四路非相 干合束MOPA高功率激光系統(tǒng)
本發(fā)明解決上述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是 一種四路非相干合束 MOPA高功率激光系統(tǒng)，它由主振蕩系統(tǒng)、PCM功率放大系統(tǒng)、反射棱鏡組 成，其特征是主振蕩系統(tǒng)由振蕩器、朝下分束鏡、朝左分束鏡、朝上分束 鏡、主全反射平面鏡組成，朝下分束鏡、朝左分束鏡、朝上分束鏡、主全反 射平面鏡依次分布在振蕩器的主光軸上并且依次分別朝向下、左、上、右方
向傾斜與主光軸之間成45°夾角；PCM功率放大系統(tǒng)由下、左、上、右路放
大系統(tǒng)組成，各路放大系統(tǒng)由SBS相位共軛鏡、單凸透鏡、A放大器、雙凸 透鏡、B放大器、旋轉(zhuǎn)器、偏振分束鏡、支全反射平面鏡組成，各路放大系 統(tǒng)中的SBS相位共軛鏡、單凸透鏡、A放大器、雙凸透鏡、B放大器、旋轉(zhuǎn) 器、偏振分束鏡、支全反射平面鏡依次分布在一條支光軸上，各路放大系統(tǒng)的 支光軸相互平行并且以主振蕩系統(tǒng)中的主光軸為中心軸對稱分布依次在正四
棱柱形的下、左、上、右棱邊位置，各路放大系統(tǒng)的支全反射平.面鏡分別與其 所在支光軸成45°夾角；所述反射棱鏡由下、左、上、右棱面全反射鏡組成， 下、左、上、右棱面全反射鏡的各等腰三角形底邊圍成反射棱鏡的正方形底 面，下、左、上、右棱面全反射鏡依次分別朝向下、左、上、右方傾斜與反 射棱鏡的正方形底面成45。夾角，各個棱面全反射鏡等腰三角形底邊上高線的 中點和各路放大系統(tǒng)中支全反射平面鏡的中心位置共面，各路放大系統(tǒng)中支 全反射平面鏡的中心位置所在平面與各路放大系統(tǒng)的支光軸垂直,各路放大 系統(tǒng)中的偏振分束鏡與支光軸成45°夾角且與所在光軸中的支全反射平面鏡 平行；主振蕩系統(tǒng)中的朝下、朝左、朝上分束鏡、主全反射平面鏡依次分別 與下、左、上、右路放大系統(tǒng)中的相應(yīng)偏振分束鏡相對且方向正交，下、左、 上、右路放大系統(tǒng)中的各支全反射平面鏡依次分別與反射棱鏡的相應(yīng)下、左、 上、右棱面全反射鏡相對且平行。
本發(fā)明主振蕩系統(tǒng)中的主光軸與下路放大系統(tǒng)、上路放大系統(tǒng)的支光 軸、下棱面全反射鏡底邊上的高線、上棱面全反射鏡底邊上的高線在同一平 面內(nèi)；主振蕩系統(tǒng)中的主光軸與左路放大系統(tǒng)、右路放大系統(tǒng)的支光軸、左 棱面全反射鏡底邊上的高線、右棱面全反射鏡底邊上的高線在同一平面內(nèi)。
本發(fā)明能夠由四路放大系統(tǒng)獲得四束非相干激光迭加合束，具有激光輸 出功率高、光束質(zhì)量好的優(yōu)點。適于做大功率激光器，應(yīng)用于軍事、工業(yè)等 領(lǐng)域。


下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。' 圖l是本發(fā)明立體光路分布的平面示意圖2是本發(fā)明下路放大系統(tǒng)、上路放大系統(tǒng)、下棱面全反射鏡底邊上高線、 上棱面全反射鏡底邊上高線所在平面內(nèi)的光路分布示意圖3是本發(fā)明左路放大系統(tǒng)、右路放大系統(tǒng)、左棱面全反射鏡底邊上高線、 右棱面全反射鏡底邊上高線所在平面內(nèi)的光路分布示意圖4是本發(fā)明各路放大系統(tǒng)支全反射平面鏡中心和反射棱鏡的各棱面全 反射鏡底邊上高線中點所在平面的光路分布示意圖5是本發(fā)明四束非相干激光合束近場光場分布圖6是本發(fā)明四束非相干激光合束遠場光場分布圖。
具體實施例方式
實施例l:由圖l、圖2、 3所示， 一種四路非相干合束MOPA高功率激 光系統(tǒng)，由主振蕩系統(tǒng)l、 PCM功率放大系統(tǒng)2、反射棱鏡3組成。所述主 振蕩系統(tǒng)1由振蕩器10、朝下分束鏡11、朝左分束鏡12、朝上分束鏡13、 主全反射平面鏡14組成，朝下分束鏡ll、朝左分束鏡12、朝上分束鏡13、 主全反射平面鏡14依次分布在振蕩器10的主光軸1-1上并且依次分別朝向 下、左、上、右方傾斜與主光軸1-1之間成45。夾角；所述PCM功率放大系 統(tǒng)2由下路放大系統(tǒng)2-l、左路放大系統(tǒng)2-2、上路放大系統(tǒng)2-3、右路放大 系統(tǒng)2-4組成，下路放大系統(tǒng)2-l由SBS相位共軛鏡211、單凸透鏡221、 A 放大器231、雙凸透鏡2212、 B放大器2312、旋轉(zhuǎn)器241、偏振分束鏡251、 支全反射平面鏡261組成，SBS相位共軛鏡211、單凸透鏡221、A放大器231、 雙凸透鏡2212、 B放大器2312、旋轉(zhuǎn)器241、偏振分束鏡251、支全反射平 面鏡261依次分布在一條支光軸2-1-1上;左路放大系統(tǒng)2-2由SBS相位共 軛鏡212、單凸透鏡222、 A放大器232、雙凸透鏡2222、 B放大器2322、旋 轉(zhuǎn)器242、偏振分束鏡252、支全反射平面鏡262組成，SBS相位共軛鏡212、 單凸透鏡222、 A放大器232、雙凸透鏡2222、 B放大器2322、旋轉(zhuǎn)器242、 偏振分束鏡252、支全反射平面鏡262依次分布在一條支光軸2-2-2上；上路 放大系統(tǒng)2-3由SBS相位共軛鏡213、單凸透鏡223、 A放大器233、雙凸透 鏡2232、 B放大器2332、旋轉(zhuǎn)器243、偏振分束鏡253、支全反射平面鏡263 組成，SBS相位共軛鏡213、單凸透鏡223、 A放大器233、雙凸透鏡2232、 B放大器2332、旋轉(zhuǎn)器243、偏振分束鏡253、支全反射平面鏡263依次分布 在一條支光軸2-3-3上；右路放大系統(tǒng)2-4由SBS相位共軛鏡214、單凸透鏡 224、 A放大器234、雙凸透鏡2242、 B放大器2342、旋轉(zhuǎn)器244、偏振分束 鏡254、支全反射平面鏡264組成，SBS相位共軛鏡214、單凸透鏡224、 A 放大器234、雙凸透鏡2242、 B放大器2342、旋轉(zhuǎn)器244、偏振分束鏡254、 支全反射平面鏡264依次分布在一條支光軸2-4-4上；各路放大系統(tǒng)2-1 、2-2、 2-3、 2-4的支光軸2-卜l、 2-2-2、 2-3-3、 2-4-4相互平行并且以主振蕩系統(tǒng) 中的主光軸1-1為中心軸對稱分布依次在正四棱柱形的下、左、上、右棱邊 位置，下、左、上、右路放大系統(tǒng)2-l、 2-2、 2-3、 2-4的各支全反射平面鏡261、 262、 263、 264與其所在支光軸成45。夾角；所述反射棱鏡3由下、左、 上、右棱面全反射鏡31、 32、 33、 34組成，下、左、上、右棱面全反射鏡 31、 32、 33、 34的等腰三角形底邊圍成反射棱鏡3的正方形底面30，下、左、 上、右棱面全反射鏡31、 32、 33、 34依次分別朝向下、左、上、右方傾斜與 反射棱鏡3的正方形底面30成45。夾角，下、左、上、右各個棱面全反射鏡 31、 32、 33、 34的等腰三角形底邊上高線的中點3A、 3B、 3C、 3D和下、 左、上、右路放大系統(tǒng)2-l、 2-2、 2-3、 2-4的支全反射平面鏡261、 262、 263、 264的中心位置2a、 2b、 2c、 2d共面，在該平面的光路分布示意圖如圖4所 示，下、左、上、右路放大系統(tǒng)的支全反射平面鏡261、 262、 263、 264的中 心位置2a、 2b、 2c、 2d所在平面與下、左、上、右路放大系統(tǒng)2-l、 2-2、 2-3、 2-4的各支光軸2-1-1、 2-2-2、 2-3-3、 2-4-4垂直；主振蕩系統(tǒng)1的朝下分 束鏡11與下路放大系統(tǒng)2-l的偏振分束鏡251相對且方向正交，主振蕩系統(tǒng) 1的朝上分束鏡13與上路放大系統(tǒng)2-3的偏振分束鏡253相對且方向正交， 主振蕩系統(tǒng)1的朝左分束鏡12與左路放大系統(tǒng)2-2的偏振分束鏡252相對且 方向正交，主振蕩系統(tǒng)1的主全反射平面鏡14與右路放大系統(tǒng)2-4的偏振分 束鏡254相對且方向正交；下、左、上、右路放大系統(tǒng)2-l、 2-2、 2-3、 2-4 中的偏振分束鏡251、 252、 253、 254分別與各所在支光軸成45°夾角并且與 所在光軸中的支全反射平面鏡261、 262、 263、 264平行；在下、左、上、右 路放大系統(tǒng)2-l、 2-2、 2-3、 2-4中的各支全反射平面鏡261、 262、 263、 264 依次分別與所對應(yīng)的下、左、上、右棱面全反射鏡31、 32、 33、 34相對且平 行。
實施例2:如實施例1所述的四路非相干合束MOPA高功率激光系統(tǒng)， 主振蕩系統(tǒng)1中的主光軸1-1與下路放大系統(tǒng)2-1的支光軸2-l-l、上路放大 系統(tǒng)2-3的支光軸2-3-3、反射棱鏡3的下棱面全反射鏡31底邊上的高線、 上棱面全反射鏡33底邊上的高線在同一平面內(nèi)，在該平面的光路分布示意圖 如圖2所示；主振蕩系統(tǒng)1中的主光軸1-1與左路放大系統(tǒng)2-2的支光軸 2-2-2、右路放大系統(tǒng)2-4的支光軸2-4-4、反射棱鏡3的左棱面全反射鏡32 底邊上的高線、右棱面全反射鏡34底邊上的高線在同一平面內(nèi)，在該平面的 光路分布示意圖如圖3所示。
本發(fā)明上述所說的振蕩器10、朝下分束鏡ll、朝左分束鏡12、朝上分
束鏡13、主全反射平面鏡14、 SBS相位共軛鏡、凸透鏡、A放大器、B放大 器、旋轉(zhuǎn)器、偏振分束鏡等組成部件屬于現(xiàn)有技術(shù)。為減少激光介質(zhì)的熱負 載、熱透鏡效應(yīng)以及熱至退偏效應(yīng)，提高效率，主振蕩器10與各放大器都可 以采用二極管抽運。
本發(fā)明工作原理是:振蕩器10發(fā)出的高質(zhì)量激光光束分別被朝下、朝左、 朝上分束鏡ll、 12、 13、主全反射平面鏡14分成強度相等的四部分激光束, 分別入射到下、左、上、右路放大系統(tǒng)2-l、 2-2、 2-3、 2-4的各偏振分束鏡 251、 252、 253、 254上，經(jīng)過各偏振分束鏡251、 252、 253、 254反射的偏 振光的振動方向垂直與入射面，經(jīng)過各SBS相位共軛鏡211、 212、 213、 214 波形畸變補償、各A放大器231、 232、 233、 234、 B放大器2312、 2322、 2332、 2342雙程放大后，再經(jīng)過各旋轉(zhuǎn)器241、 242、 243、 244分別使四束 激光的偏振方向在合束前成一定角度，以免各路光束在合束迭加過程中互相 干涉，再分別由各支全反射平面鏡261、 262、 263、 264反射到相應(yīng)的下、左、 上、右棱面全反射鏡31、 32、 33、 34上經(jīng)過反射分別輸出高光束質(zhì)量、高光 功率的激光,這四束激光傳播方向相同，相距較近，傳播一定距離后重合為一 束光束，從而獲得較高光束質(zhì)量、高功率的激光輸出。
本發(fā)明能夠由四路放大系統(tǒng)2-l、 2-2、 2-3、 2-4獲得四束非相干激光迭 加合束，具有激光輸出功率高、光束質(zhì)量好的優(yōu)點。
本發(fā)明為了分析四束非相干激光束的光束質(zhì)量，數(shù)值模擬了合成光束的 近場及遠場的光場分布。各路放大系統(tǒng)輸出高斯光束的激光，合束后激光近 場的光場分布如圖5所示，從圖5中可以看出由反射棱鏡反射后出射的四束 激光光斑呈對稱分布，光斑區(qū)分明顯。經(jīng)過傳輸一段較遠的距離后，激光光 場分布如圖6所示，從圖6中可以看出四束激光在遠場已經(jīng)合成一束激光， 光斑呈現(xiàn)近高斯光束分布。這說明多光束非相干合束可以獲得較高光束質(zhì)量、 高功率的激光輸出。
本發(fā)明以上述四路非相干合束MOPA激光系統(tǒng)為例做了介紹。也可以增 加放大系統(tǒng)的路數(shù)，反射棱鏡3可以是多面的，每一表面可以反射一路激光， 這樣可以實現(xiàn)3路、4路、5路、6路、7路、8路等多束激光合束，可以獲 得平均功率KW級以上的輸出。
權(quán)利要求
1.一種四路非相干合束MOPA高功率激光系統(tǒng)，它由主振蕩系統(tǒng)、PCM功率放大系統(tǒng)、反射棱鏡組成，其特征是主振蕩系統(tǒng)由振蕩器、朝下分束鏡、朝左分束鏡、朝上分束鏡、主全反射平面鏡組成，朝下分束鏡、朝左分束鏡、朝上分束鏡、主全反射平面鏡依次分布在振蕩器的主光軸上并且依次分別朝向下、左、上、右方傾斜與主光軸之間成45°夾角；PCM功率放大系統(tǒng)由下、左、上、右路放大系統(tǒng)組成，各路放大系統(tǒng)由SBS相位共軛鏡、單凸透鏡、A放大器、雙凸透鏡、B放大器、旋轉(zhuǎn)器、偏振分束鏡、支全反射平面鏡組成，各路放大系統(tǒng)的SBS相位共軛鏡、單凸透鏡、A放大器、雙凸透鏡、B放大器、旋轉(zhuǎn)器、偏振分束鏡、支全反射平面鏡依次分布在一條支光軸上，各路放大系統(tǒng)的支光軸相互平行并且以主振蕩系統(tǒng)中的主光軸為中心軸對稱分布依次在正四棱柱形的下、左、上、右棱邊位置，下、左、上、右路放大系統(tǒng)的支全反射平面鏡與其所在支光軸成45°夾角；所述反射棱鏡由下、左、上、右棱面全反射鏡組成，下、左、上、右棱面全反射鏡的各等腰三角形底邊圍成反射棱鏡的正方形底面，下、左、上、右棱面全反射鏡分別與反射棱鏡的正方形底面成45°夾角，下、左、上、右棱面全反射鏡等腰三角形底邊上高線的中點和下、左、上、右路放大系統(tǒng)的各支全反射平面鏡的中心位置共面，下、左、上、右路放大系統(tǒng)的各支全反射平面鏡的中心位置所在平面與各路放大系統(tǒng)的支光軸垂直，下、左、上、右路放大系統(tǒng)中的各偏振分束鏡分別與所在光軸中各支全反射平面鏡平行；主振蕩系統(tǒng)的朝下、朝左、朝上分束鏡、主全反射平面鏡依次分別與下、左、上、右路放大系統(tǒng)的相應(yīng)偏振分束鏡相對且方向正交，下、左、上、右路放大系統(tǒng)的各支全反射平面鏡依次分別與反射棱鏡的相應(yīng)下、左、上、右棱面全反射鏡相對且平行。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種四路非相干合束MOPA高功率激光系統(tǒng)，它由主振蕩系統(tǒng)、PCM功率放大系統(tǒng)、反射棱鏡組成，主振蕩系統(tǒng)包括振蕩器10、分束鏡11、12、13、主全反射平面鏡14；PCM功率放大系統(tǒng)包括四路放大系統(tǒng)2-1、2-2、2-3、2-4，各路是由SBS相位共軛鏡、凸透鏡、兩個放大器、旋轉(zhuǎn)器、偏振分束鏡、支全反射平面鏡組成的光學系統(tǒng)，它們的光軸對稱分布在正四棱柱的四條棱邊位置，各支全反射平面鏡分別與其光軸成45°夾角，各分束鏡分別與各路的偏振分束鏡相對且正交，各支全反射平面鏡分別與所對應(yīng)的棱面全反射鏡31、32、33、34相對且平行；獲得四束非相干激光合束。本發(fā)明具有激光輸出功率高、光束質(zhì)量好的優(yōu)點。應(yīng)用于軍事、工業(yè)等領(lǐng)域。
文檔編號G02B27/00GK101364700SQ20081015726
公開日2009年2月11日 申請日期2008年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月27日
發(fā)明者付石友, 孫正和, 孫玉德, 田兆碩 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(威海)