一種基于透射型光柵的大功率光譜合成方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于透射型光柵的大功率光譜合成方法，屬于強(qiáng)激光【技術(shù)領(lǐng)域】。多光束激光源位于聚焦透鏡的焦點(diǎn)處，發(fā)出多束平行激光束，激光束都位于聚焦透鏡中心光軸的同一側(cè)，而不能同時(shí)分布于中心光軸的兩側(cè)。每一束激光均依次通過(guò)一個(gè)準(zhǔn)直透鏡、一個(gè)半波片后，穿過(guò)聚焦透鏡。放置大功率透射型光柵位于聚焦透鏡的另一側(cè)焦點(diǎn)處，聚焦透鏡的中心光軸穿過(guò)光柵中心。根據(jù)衍射方程的一級(jí)衍射條件選擇入射激光束的波長(zhǎng)，使得入射光束的入射角度不同，而衍射角度相同。使得入射激光完全按照同樣的衍射角一級(jí)衍射輸出，實(shí)現(xiàn)了激光的合束。提高合成單光束可達(dá)100000W以上，實(shí)現(xiàn)比反射型光柵更高的衍射效率和更高的合成功率。
【專利說(shuō)明】一種基于透射型光柵的大功率光譜合成方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于透射型光柵的大功率光譜合成方法，屬于強(qiáng)激光【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]激光合成在工業(yè)，科研和軍事上應(yīng)用越來(lái)越重要。多光束經(jīng)過(guò)波分復(fù)用器WDM或者分光棱鏡，鏡片等手段合成，通常多光束的合成需要使用多個(gè)合成過(guò)程，如圖1，2所示。但是這類光束合成對(duì)光束的波長(zhǎng)和功率都有一定的限制，傳統(tǒng)的多光束合成過(guò)程復(fù)雜，且不好調(diào)節(jié)，另外，傳統(tǒng)的多光束合成方法不適合大功率以及超大功率的合成，特殊波長(zhǎng)激光的合成.對(duì)于大功率光束合成，特殊波長(zhǎng)的激光合成，目前沒(méi)有相關(guān)的報(bào)道。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是為實(shí)現(xiàn)多光束合成，以大功率以及超大功率單光束輸出的技術(shù)問(wèn)題，提出一種基于透射型光柵的大功率光譜合成方法，利用大功率光柵來(lái)實(shí)現(xiàn)單束大功率激光輸出。
[0004]一種基于透射型光柵的大功率光譜合成方法，具體步驟如下:
[0005]步驟一，選擇一個(gè)多光束激光源和一個(gè)寬半徑的聚焦透鏡。多光束激光源位于聚焦透鏡的焦點(diǎn)處，多光束激光源發(fā)出多束激光束，激光光束互相平行，且都位于聚焦透鏡中心光軸的同一側(cè)，而不能同時(shí)分布于中心光軸的兩側(cè)。
[0006]步驟二，從光源射出的每一束激光均依次通過(guò)一個(gè)準(zhǔn)直透鏡、一個(gè)半波片后，穿過(guò)聚焦透鏡。
[0007]步驟三，放置光柵位于聚焦透鏡的另一側(cè)焦點(diǎn)處，聚焦透鏡的中心光軸穿過(guò)光柵中心。光柵與光軸之間有夾角。
[0008]所述光柵為大功率透射型光柵，其功率要求在100000W及以上，其背面連接壓電陶瓷。壓電陶瓷能實(shí)現(xiàn)對(duì)光柵傾斜角度的微控。
[0009]步驟四，根據(jù)衍射方程的一級(jí)衍射條件:
[0010](Ksina1-Siniii) = ^i (I)
[0011]其中d是光柵的刻線間距，Xi為激光源發(fā)出的第i束激光束波長(zhǎng)，CIi為第1束激光束到光柵的入射角度，β i為第i束激光束經(jīng)光柵后的透射角度。i = 2，3，4，...，η，η為激光束的總數(shù)。
[0012]選擇入射激光束的波長(zhǎng)，使得入射光束的入射角度Cii不同，而透射角度I相同。
[0013]步驟五，多光束激光源按照步驟四選定的激光束波長(zhǎng)發(fā)射激光束，透過(guò)準(zhǔn)直透鏡、半波片，聚焦透鏡后，入射到光柵上。壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)光柵，實(shí)現(xiàn)對(duì)光柵的角度掃描并對(duì)光柵與光軸間的夾角大小進(jìn)行微調(diào)，使得入射激光完全按照同樣的透射角一級(jí)衍射輸出，實(shí)現(xiàn)了激光的合束。
[0014]有益效果
[0015]本發(fā)明方法能實(shí)現(xiàn)多光束合成，以實(shí)現(xiàn)大功率以及超大功率單光束輸出，實(shí)現(xiàn)特殊波長(zhǎng)激光合成，且實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的調(diào)節(jié)過(guò)程。多束激光通過(guò)光柵合成實(shí)現(xiàn)一束大功率激光輸出，提高合成單光束可達(dá)100000W以上，實(shí)現(xiàn)比反射型光柵更高的衍射效率和更高的合成功率。該設(shè)計(jì)操作簡(jiǎn)單，穩(wěn)定，具有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為【背景技術(shù)】中使用WDM實(shí)現(xiàn)多光束合成示意圖；
[0017]圖2為【背景技術(shù)】中使用PBS實(shí)現(xiàn)多光束合成示意圖；
[0018]圖3為本發(fā)明提出的使用透射型光柵實(shí)現(xiàn)激光合成的原理圖；
[0019]圖4為【具體實(shí)施方式】中的裝置實(shí)施例俯視圖；
[0020]標(biāo)號(hào)說(shuō)明:PL1:976nm激光1，PL2:976nm激光2，WDM:波分復(fù)用器，ISO:隔離器，
LO:激光輸出，1:第一熱沉，2:第一光纖激光器,3:第一非球面準(zhǔn)直透鏡調(diào)整架,4:第一非球面準(zhǔn)直透鏡，5 --第一光束,6:第二熱沉,7:第二光纖激光器,8:第二非球面準(zhǔn)直透鏡調(diào)整架，9:第二非球面準(zhǔn)直透鏡，10:第二光束，11:聚焦透鏡，12:聚焦透鏡固定架，13:透射光柵，14:調(diào)節(jié)架動(dòng)板，15:調(diào)節(jié)架壓電陶瓷，16:微調(diào)螺釘，17:調(diào)節(jié)架定板，18:合成單束輸出光束，19:第一半波片，20:第一半波片調(diào)整架，21:第二半波片，22:第二半波片調(diào)整架。

【具體實(shí)施方式】
[0021]本發(fā)明的技術(shù)原理如圖3所示。
[0022]本實(shí)施方式中給出裝置實(shí)例如圖4所示，包括第一熱沉1，第一光纖激光器2，第一非球面準(zhǔn)直透鏡調(diào)整架3,第一非球面準(zhǔn)直透鏡4,第二熱沉6,第二光纖激光器7,第二非球面準(zhǔn)直透鏡調(diào)整架8，第二非球面準(zhǔn)直透鏡9，聚焦透鏡11，聚焦透鏡固定架12，透射光柵13，調(diào)節(jié)架動(dòng)板14，調(diào)節(jié)架壓電陶瓷15，微調(diào)螺釘16，調(diào)節(jié)架定板17，第一半波片19，第二半波片21。
[0023]其中透射光柵13是定制的高損傷閾值的特制光柵，能承載100000?光功率。
[0024]功率5000W波長(zhǎng)為100nm的第一光纖激光器2發(fā)出的激光光束，經(jīng)過(guò)焦距為4mm，數(shù)值孔徑為0.6的第一非球面準(zhǔn)直透鏡4準(zhǔn)直后，以0°入射角入射到聚焦透鏡11上，功率5000W波長(zhǎng)為1lOnm的第二光纖激光器7發(fā)出的激光光束，經(jīng)過(guò)焦距為4mm，數(shù)值孔徑為0.6的第二非球面準(zhǔn)直透鏡9準(zhǔn)直后，以0°入射角入射到聚焦透鏡11上，第一光束5和第二光束10經(jīng)過(guò)聚焦透鏡11后，聚焦在刻線密度為2400g/mm、具有合適的衍射效率、刻線面積大小為lOOmmX10mm、厚度為60mm的透射光柵13上，以同樣的15°透射角一級(jí)衍射輸出合成的單光束10。
[0025]第一光纖激光器2和第二光纖激光器7采用溫度傳感器和第一熱沉1、第二熱沉6實(shí)現(xiàn)溫度控制。透射光柵13采用溫度傳感器和半導(dǎo)體制冷器實(shí)現(xiàn)溫度控制。該透射光柵13通過(guò)粘接在該光柵上的壓電陶瓷15作慢速大范圍粗調(diào)，并通過(guò)驅(qū)動(dòng)光柵13的PZT，實(shí)現(xiàn)掃描。通過(guò)微調(diào)螺釘16改變角度。在改變角度的過(guò)程中，固定在粘有壓電陶瓷15調(diào)節(jié)架動(dòng)板14上的光柵13隨著動(dòng)板14 一起旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)單光束輸出。
[0026]第一非球面準(zhǔn)直透鏡調(diào)整架3和第二非球面準(zhǔn)直透鏡調(diào)整架8用于固定非球面鏡及激光束準(zhǔn)直的調(diào)整，光柵13通過(guò)熱沉固定在調(diào)節(jié)架動(dòng)板14上，調(diào)節(jié)架動(dòng)板14可通過(guò)定板17上的微調(diào)螺釘調(diào)整，調(diào)節(jié)架定板17，第一熱沉I和第二熱沉6，第一非球面準(zhǔn)直透鏡調(diào)整架3和第二非球面準(zhǔn)直透鏡調(diào)整架8，聚焦透鏡固定架12均被固定在底板上。
[0027]增加光纖激光器的個(gè)數(shù)，可得出更多激光的合成，其功率可實(shí)現(xiàn)更高，最高功率受限于定制光柵的損傷閾值。
[0028]上述方案中的光柵也可選用其它類型，尺寸大小也可選用其它尺寸，激光波長(zhǎng)可選用其它波長(zhǎng)數(shù)值，激光源可選用其他激光源，聚焦透鏡焦距可選用其他焦距數(shù)值。
【權(quán)利要求】
1.一種基于透射型光柵的大功率光譜合成方法，其特征在于:包括如下步驟: 步驟一，選擇一個(gè)多光束激光源和一個(gè)寬半徑的聚焦透鏡；多光束激光源位于聚焦透鏡的焦點(diǎn)處，多光束激光源發(fā)出多束激光束，激光光束互相平行，且都位于聚焦透鏡中心光軸的同一側(cè)，而不能同時(shí)分布于中心光軸的兩側(cè)； 步驟二，從光源射出的每一束激光均依次通過(guò)一個(gè)準(zhǔn)直透鏡、一個(gè)半波片后，穿過(guò)聚焦透鏡； 步驟三，放置光柵位于聚焦透鏡的另一側(cè)焦點(diǎn)處，聚焦透鏡的中心光軸穿過(guò)光柵中心；光柵與光軸之間有夾角； 所述光柵為大功率透射型光柵，其功率要求在100000W及以上，其背面連接壓電陶瓷； 步驟四，根據(jù)衍射方程的一級(jí)衍射條件: (Ksina1-Siniii) = ^i(I) 其中d是光柵的刻線間距，Xi為激光源發(fā)出的第i束激光束波長(zhǎng)，Cii為第i束激光束到光柵的入射角度，β i為第i束激光束經(jīng)光柵后的透射角度；i = 2，3，4，...，η，η為激光束的總數(shù)；選擇入射激光束的波長(zhǎng)，使得入射光束的入射角度a i不同，而透射角度β i相同；步驟五，多光束激光源按照步驟四選定的激光束波長(zhǎng)發(fā)射激光束，透過(guò)準(zhǔn)直透鏡、半波片，聚焦透鏡后，入射到光柵上；壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)光柵，實(shí)現(xiàn)對(duì)光柵的角度掃描并對(duì)光柵與光軸間的夾角大小進(jìn)行微調(diào)，使得入射激光完全按照同樣的透射角一級(jí)衍射輸出，實(shí)現(xiàn)了激光的合束。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于透射型光柵的大功率光譜合成方法，其特征在于:合成單光束達(dá)100000W以上。
【文檔編號(hào)】H01S3/23GK104393480SQ201410650711
【公開(kāi)日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2014年11月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月15日
【發(fā)明者】彭瑜, 李偉 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)