一種利用微透鏡陣列實現(xiàn)多光束脈沖激光輸出的裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于激光技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種利用微透鏡陣列實現(xiàn)多光束脈沖激光輸出的裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]燃燒是人類生產(chǎn)和生活所需的能量和動力的重要來源。隨著工業(yè)化進程的加速，煤、石油、天然氣等不可再生能源的可用儲量急劇減少，同時產(chǎn)生了眾多的環(huán)境問題。因此，如何提高燃燒系統(tǒng)的燃燒效率、減少污染物的排放成為當今燃燒學界的一個重要課題。
[0003]研宄表明，貧油反應(yīng)時溫度較低，可有效減少氮氧化物的排放，同時又可大大節(jié)省燃料，是解決當前燃燒系統(tǒng)面臨的能源和環(huán)境問題的一種有效途徑。但貧油反應(yīng)時，由于燃料相對不足，燃燒系統(tǒng)熄火和點火失敗的幾率也相應(yīng)增大。當前為了提高點火的成功率，需要大大提高電火花塞電極間的放電電壓，但又加速了電極的腐蝕。另外，電火花塞還會引起經(jīng)由其電極向燃燒室壁面?zhèn)鲗?dǎo)造成的熱量損失，導(dǎo)致熄火率的進一步增大。因此，研宄新型的點火方式，實現(xiàn)貧燃系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠點火，成為當前先進發(fā)動機領(lǐng)域的研宄熱點。
[0004]激光誘導(dǎo)等離子體點火即所謂的激光點火，它是利用調(diào)Q技術(shù)獲得高重頻、高峰值功率的激光用于替代傳統(tǒng)火花塞對發(fā)動機進行點火。在激光技術(shù)發(fā)展的過程中，對于調(diào)Q技術(shù)運用于激光系統(tǒng)產(chǎn)生高能激光用于點火已近成為一種發(fā)展趨勢，然而許多基于點火激光器的研宄都是單束激光輸出，努力提高其單點光束能量，這對于激光器本身是一種極其高的研制要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種利用微透鏡陣列實現(xiàn)多光束脈沖激光輸出的裝置及方法，利用微透鏡陣列實現(xiàn)多光束脈沖激光輸出(N*M個)，用于提高發(fā)動機點火成功幾率以及可靠性。
[0006]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
一種利用微透鏡陣列實現(xiàn)多光束脈沖激光輸出的裝置，包括沿光束傳播方向依次設(shè)置的半導(dǎo)體激光泵浦源、非球面透鏡、微透鏡陣列、激光前腔鏡、激光晶體、調(diào)Q模塊、激光輸出鏡，激光前腔鏡和激光輸出鏡構(gòu)成激光振蕩器的諧振腔，半導(dǎo)體激光泵浦源發(fā)射出的激光經(jīng)非球面透鏡和微陣列透鏡準直分束聚焦后入射到激光晶體中，激光晶體吸收泵浦能量，在激光前腔鏡和激光輸出鏡之間產(chǎn)生多束振蕩激光，該激光經(jīng)由調(diào)Q模塊后將被調(diào)制成脈沖形式，經(jīng)激光輸出鏡后輸出到諧振腔外。
[0007]本發(fā)明中，所述微陣列透鏡由N*M個方形透鏡拼接而成，N*M個方形透鏡邊長之和小于非球面透鏡邊長或直徑，且N*M的值應(yīng)不大于20。
[0008]本發(fā)明利用微透鏡陣列實現(xiàn)多光束脈沖激光輸出，在激光諧振腔外前段插入放置對泵浦光準直的透鏡后，利用微透鏡陣列對其分束聚焦。
[0009]利用上述裝置實現(xiàn)多束泵浦光產(chǎn)生多光束脈沖激光輸出的方法，由以下步驟實現(xiàn):
步驟一、半導(dǎo)體激光泵浦源發(fā)射出的激光經(jīng)非球面透鏡和微透鏡陣列準直聚焦分束后，產(chǎn)生多光束泵浦光；
步驟二、激光晶體吸收多光束泵浦能量，在激光諧振腔內(nèi)產(chǎn)生多束振蕩激光后經(jīng)輸出鏡輸出到激光諧振腔外，產(chǎn)生多光束脈沖激光輸出。
[0010]本發(fā)明為提高激光點火的成功幾率以及其可靠性，專注于多點點火，其中利用N*M排列的微透鏡，它相對于圓形截面的泵浦光來說，有效面積大且利用率高，同時其排列對于直徑毫米級的透鏡尺寸拼接調(diào)試簡單，且單個透鏡價格低廉。微透鏡陣列分束并聚焦泵浦光，利用同一光學諧振腔實現(xiàn)N*M個激光束輸出，因此結(jié)構(gòu)簡單，僅對泵浦光做分束聚焦處理，非常適用于多點激光點火。
【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明的利用微透鏡陣列實現(xiàn)多光束脈沖激光輸出的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為微透鏡陣列的結(jié)構(gòu)示意圖(以2*2為例)。
【具體實施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步的說明，但并不局限于此，凡是對本發(fā)明技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍中。
[0013]【具體實施方式】一:如圖1和圖2所示，本實施方式提供了一種利用微透鏡陣列實現(xiàn)多光束脈沖激光輸出的裝置，該裝置沿光束傳播方向依次設(shè)置有半導(dǎo)體激光泵浦源1、非球面透鏡2、微透鏡陣列3、激光前腔鏡4、激光晶體5、調(diào)Q模塊6、激光輸出鏡7，激光前腔鏡4和激光輸出鏡7構(gòu)成激光振蕩器的諧振腔。
[0014]本實施方式中，非球面透鏡2、微透鏡陣列3、激光前腔鏡4、激光晶體5、調(diào)Q模塊
6、激光輸出鏡7均為共軸形式存在。
[0015]本實施方式中，非球面透鏡2和微透鏡陣列3的焦距之比為1.0-1.5，且微透鏡陣列3的焦點必須在激光晶體5內(nèi)。
[0016]本實施方式中，激光前腔鏡4和激光輸出鏡7構(gòu)成激光振蕩器的諧振腔，必須滿足激光振蕩產(chǎn)生條件。
[0017]本實施方式中，激光前腔鏡4的反射率>99.99%ο
[0018]本實施方式中，微透鏡陣列3的尺寸達到足以能夠在單個小型激光器中對泵浦光進行分束。
[0019]本實施方式中，微透鏡陣列3具有分束泵浦光功能，能分束并聚焦泵浦光。
[0020]本實施方式通過拼接4個方形透鏡組成微透鏡陣列，利用相對大尺寸截面的泵浦光經(jīng)微透鏡陣列分束成4束泵浦光然后入射到激光諧振腔中。需要說明的是，微透鏡陣列總邊長為Icm分束后形成2*2陣列的泵浦光，兩臨近光束間的距離為5mm。
[0021]【具體實施方式】二:本實施方式利用【具體實施方式】一所述裝置可以實現(xiàn)多光束激光輸出，由以下步驟實現(xiàn): 步驟一、半導(dǎo)體激光泵浦源I發(fā)射出的激光經(jīng)非球面透鏡2和微透鏡陣列3準直分束聚焦后入射到激光晶體5中；
步驟二、激光晶體5吸收泵浦能量，在激光前腔鏡4和激光輸出鏡7之間產(chǎn)生振蕩激光，該激光經(jīng)由調(diào)Q模塊6后將被調(diào)制成脈沖形式，經(jīng)激光輸出鏡7后輸出到諧振腔外，產(chǎn)生多光束脈沖激光輸出。
【主權(quán)項】
1.一種利用微透鏡陣列實現(xiàn)多光束脈沖激光輸出的裝置，其特征在于所述裝置沿光束傳播方向依次設(shè)置有半導(dǎo)體激光泵浦源、非球面透鏡、微透鏡陣列、激光前腔鏡、激光晶體、調(diào)Q模塊、激光輸出鏡，激光前腔鏡和激光輸出鏡構(gòu)成激光振蕩器的諧振腔，半導(dǎo)體激光泵浦源發(fā)射出的激光經(jīng)非球面透鏡和微陣列透鏡準直分束聚焦后入射到激光晶體中，激光晶體吸收泵浦能量，在激光前腔鏡和激光輸出鏡之間產(chǎn)生振蕩激光，該激光經(jīng)由調(diào)Q模塊后將被調(diào)制成脈沖形式，經(jīng)激光輸出鏡后輸出到諧振腔外。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用微透鏡陣列實現(xiàn)多光束脈沖激光輸出的裝置，其特征在于所述微陣列透鏡由N*M個方形透鏡拼接而成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用微透鏡陣列實現(xiàn)多光束脈沖激光輸出的裝置，其特征在于所述N*M個方形透鏡邊長之和小于非球面透鏡邊長或直徑，且N*M的值應(yīng)不大于20。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用微透鏡陣列實現(xiàn)多光束脈沖激光輸出的裝置，其特征在于所述非球面透鏡和微透鏡陣列的焦距之比為1.0-1.5。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或4所述的利用微透鏡陣列實現(xiàn)多光束脈沖激光輸出的裝置，其特征在于所述微透鏡陣列的焦點在激光晶體內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用微透鏡陣列實現(xiàn)多光束脈沖激光輸出的裝置，其特征在于所述激光前腔鏡的反射率>99.99%。
7.一種利用權(quán)利要求1所述利用微透鏡陣列實現(xiàn)多光束脈沖激光輸出的裝置實現(xiàn)多束泵浦光產(chǎn)生多光束脈沖激光輸出的方法，其特征在于所述方法步驟如下: 步驟一、半導(dǎo)體激光泵浦源發(fā)射出的激光經(jīng)非球面透鏡和微透鏡陣列準直聚焦分束后，產(chǎn)生多光束泵浦光； 步驟二、激光晶體吸收多光束泵浦能量，在激光諧振腔內(nèi)產(chǎn)生多束振蕩激光后經(jīng)輸出鏡輸出到激光諧振腔外，產(chǎn)生多光束脈沖激光輸出。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用微透鏡陣列實現(xiàn)多光束脈沖激光輸出的裝置及方法。所述裝置沿光束傳播方向依次設(shè)置有半導(dǎo)體激光泵浦源、非球面透鏡、微透鏡陣列、激光前腔鏡、激光晶體、調(diào)Q模塊、激光輸出鏡，激光前腔鏡和激光輸出鏡構(gòu)成激光振蕩器的諧振腔，半導(dǎo)體激光泵浦源發(fā)射出的激光經(jīng)非球面透鏡和微透鏡陣列準直分束聚焦后入射到激光晶體中，激光晶體吸收泵浦能量，在激光前腔鏡和激光輸出鏡之間產(chǎn)生振蕩激光，該激光經(jīng)由調(diào)Q模塊后將被調(diào)制成脈沖形式，經(jīng)激光輸出鏡后輸出到諧振腔外。本發(fā)明利用微陣列透鏡實現(xiàn)多光束脈沖激光輸出(N*M個)，用于提高發(fā)動機點火成功幾率以及可靠性。
【IPC分類】H01S3-0941
【公開號】CN104538824
【申請?zhí)枴緾N201510019951
【發(fā)明人】馬欲飛, 于欣, 何應(yīng), 李旭東, 閆仁鵬, 彭江波, 樊榮偉, 楊超波, 楊振, 陳德應(yīng)
【申請人】哈爾濱工業(yè)大學
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2015年1月15日