一種大功率光譜合成方法
2023-12-11 18:03:32
一種大功率光譜合成方法
【專利摘要】本發明涉及一種大功率光譜合成方法，屬於強雷射【技術領域】。多光束雷射源位於聚焦透鏡的焦點處，多光束雷射源發出多束雷射束，雷射光束互相平行，且都位於聚焦透鏡中心光軸的同一側，而不能同時分布於中心光軸的兩側；從光源射出的每一束雷射均依次通過一個準直透鏡、一個半波片後，穿過聚焦透鏡；放置光柵位於聚焦透鏡的另一側焦點處，聚焦透鏡的中心光軸穿過光柵中心；根據衍射方程的一級衍射條件選擇入射雷射束的波長，使得入射光束的入射角度不同，而衍射角度相同；使得入射雷射完全按照同樣的衍射角一級衍射輸出，實現了雷射的合束。多束雷射通過光柵合成實現一束大功率雷射輸出，提高合成單光束可達10000W以上。
【專利說明】一種大功率光譜合成方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種大功率光譜合成方法，屬於強雷射【技術領域】。
【背景技術】
[0002]雷射合成在工業，科研和軍事上應用越來越重要。多光束經過波分復用器WDM或者分光稜鏡，鏡片等手段合成，通常多光束的合成需要使用多個合成過程，如圖1，2所示。但是這類光束合成對光束的波長和功率都有一定的限制，傳統的多光束合成過程複雜，且不好調節，另外，傳統的多光束合成方法不適合大功率以及超大功率的合成，特殊波長雷射的合成.對於大功率光束合成，特殊波長的雷射合成，目前沒有相關的報導。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是為實現多光束合成，以大功率以及超大功率單光束輸出的技術問題，提出一種大功率光譜合成方法，利用大功率光柵來實現單束大功率雷射輸出。
[0004]一種大功率光譜合成方法，具體步驟如下:
[0005]步驟一，選擇一個多光束雷射源和一個寬半徑的聚焦透鏡。多光束雷射源位於聚焦透鏡的焦點處，多光束雷射源發出多束雷射束，雷射光束互相平行，且都位於聚焦透鏡中心光軸的同一側，而不能同時分布於中心光軸的兩側。
[0006]步驟二，從光源射出的每一束雷射均依次通過一個準直透鏡、一個半波片後，穿過聚焦透鏡。
[0007]步驟三，放置光柵位於聚焦透鏡的另一側焦點處，聚焦透鏡的中心光軸穿過光柵中心。光柵與光軸之間有夾角。
[0008]所述光柵為大功率衍射型反射光柵，其功率要求在10000W及以上，其背面連接壓電陶瓷。壓電陶瓷能實現對光柵傾斜角度的微控。
[0009]步驟四，根據衍射方程的一級衍射條件:
[0010](Ksina1-Siniii) = ^i (I)
[0011]其中d是光柵的刻線間距，Xi為雷射源發出的第i束雷射束波長，CIi為第1束雷射束到光柵的入射角度，β i為第i束雷射束經光柵後的衍射角度。i = 2，3，4，...，η，η為雷射束的總數。
[0012]選擇入射雷射束的波長，使得入射光束的入射角度a i不同，而衍射角度β i相同。
[0013]步驟五，多光束雷射源按照步驟四選定的雷射束波長發射雷射束，透過準直透鏡、半波片，聚焦透鏡後，入射到光柵上。壓電陶瓷驅動光柵，實現對光柵的角度掃描並對光柵與光軸間的夾角大小進行微調，使得入射雷射完全按照同樣的衍射角一級衍射輸出，實現了雷射的合束。
[0014]有益效果
[0015]本發明方法能實現多光束合成，以實現大功率以及超大功率單光束輸出，實現特殊波長雷射合成，且實現簡單的調節過程。多束雷射通過光柵合成實現一束大功率雷射輸出，提高合成單光束可達1000W以上，大幅度提高單光束輸出功率。該設計操作簡單，穩定，具有很強的實用價值。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1為【背景技術】中使用WDM實現多光束合成示意圖；
[0017]圖2為【背景技術】中使用PBS實現多光束合成示意圖；
[0018]圖3為本發明提出的使用光柵實現雷射合成的原理圖；
[0019]圖4為【具體實施方式】中的裝置實施例俯視圖；
[0020]標號說明:PL1:976nm雷射1，PL2:976nm雷射2，WDM:波分復用器，ISO:隔離器，
LO:雷射輸出，1:第一熱沉，2:第一光纖雷射器,3:第一非球面準直透鏡調整架,4:第一非球面準直透鏡，5 --第一光束,6:第二熱沉,7:第二光纖雷射器,8:第二非球面準直透鏡調整架，9:第二非球面準直透鏡，10:第二光束，11:聚焦透鏡，12:聚焦透鏡固定架，13:衍射光柵，14:調節架動板，15:調節架壓電陶瓷，用於整體調諧，16:微調螺釘，用於整體調整底板，17:調節架定板，18:合成單束輸出光束，19-第一半波片(HWP)，20-第一半波片調整架，21-第二半波片，22-第二半波片調整架。
【具體實施方式】
[0021]本發明的技術原理如圖3所示。
[0022]本實施方式中給出裝置實例如圖4所示，包括第一熱沉1，第一光纖雷射器2，第一非球面準直透鏡調整架3,第一非球面準直透鏡4,第二熱沉6,第二光纖雷射器7,第二非球面準直透鏡調整架8，第二非球面準直透鏡9，聚焦透鏡11，聚焦透鏡固定架12，衍射光柵13，調節架動板14，調節架壓電陶瓷15，微調螺釘16，調節架定板17，第一半波片19，第二半波片21。
[0023]其中衍射光柵13是定製的高損傷閾值的特製光柵，能承載1000w光功率。
[0024]功率5000W波長為100nm的第一光纖雷射器2發出的雷射光束，經過焦距為4mm，數值孔徑為0.6的第一非球面準直透鏡4準直後，以0°入射角入射到聚焦透鏡11上，功率5000W波長為1lOnm的第二光纖雷射器7發出的雷射光束，經過焦距為4mm，數值孔徑為0.6的第二非球面準直透鏡9準直後，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經過聚焦透鏡11後，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10mmX 100mm、厚度為60mm的衍射光柵13上，以同樣的45°衍射角一級衍射輸出合成的單光束10。
[0025]第一光纖雷射器2和第二光纖雷射器7採用溫度傳感器和第一熱沉1、第二熱沉6實現溫度控制。衍射光柵13採用溫度傳感器和半導體製冷器實現溫度控制。該衍射光柵13通過粘接在該光柵上的壓電陶瓷15作慢速大範圍粗調，並通過驅動光柵13的PZT，實現掃描。通過微調螺釘16改變角度。在改變角度的過程中，固定在粘有壓電陶瓷15調節架動板14上的光柵13隨著動板14 一起旋轉，實現單光束輸出。
[0026]第一非球面準直透鏡調整架3和第二非球面準直透鏡調整架8用於固定非球面鏡及雷射束準直的調整，光柵13通過熱沉固定在調節架動板14上，調節架動板14可通過定板17上的微調螺釘調整，調節架定板17，第一熱沉I和第二熱沉6，第一非球面準直透鏡調整架3和第二非球面準直透鏡調整架8，聚焦透鏡固定架12均被固定在底板上。
[0027]增加光纖雷射器的個數，可得出更多雷射的合成，其功率可實現更高，最高功率受限於定製光柵的損傷閾值。
[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，雷射波長可選用其它波長數值，雷射源可選用其他雷射源，聚焦透鏡焦距可選用其他焦距數值。
【權利要求】
1.一種大功率光譜合成方法，其特徵在於:包括如下步驟: 步驟一，選擇一個多光束雷射源和一個寬半徑的聚焦透鏡；多光束雷射源位於聚焦透鏡的焦點處，多光束雷射源發出多束雷射束，雷射光束互相平行，且都位於聚焦透鏡中心光軸的同一側，而不能同時分布於中心光軸的兩側； 步驟二，從光源射出的每一束雷射均依次通過一個準直透鏡、一個半波片後，穿過聚焦透鏡； 步驟三，放置光柵位於聚焦透鏡的另一側焦點處，聚焦透鏡的中心光軸穿過光柵中心；光柵與光軸之間有夾角； 所述光柵為大功率衍射型反射光柵，其功率在1000W及以上，其背面連接壓電陶瓷； 步驟四，根據衍射方程的一級衍射條件: (Ksina1-Siniii) = ^i(I) 其中d是光柵的刻線間距，Xi為雷射源發出的第i束雷射束波長，Cii為第i束雷射束到光柵的入射角度，β i為第i束雷射束經光柵後的衍射角度；i = 2，3，4，...，η，η為雷射束的總數；選擇入射雷射束的波長，使得入射光束的入射角度a i不同，而衍射角度β i相同；步驟五，多光束雷射源按照步驟四選定的雷射束波長發射雷射束，透過準直透鏡、半波片，聚焦透鏡後，入射到光柵上；壓電陶瓷驅動光柵，實現對光柵的角度掃描並對光柵與光軸間的夾角大小進行微調，使得入射雷射完全按照同樣的衍射角一級衍射輸出，實現了雷射的合束。
2.根據權利要求1所述的一種大功率光譜合成方法，其特徵在於:合成單光束的功率達10000W以上。
【文檔編號】H01S3/23GK104393481SQ201410650718
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年11月15日 優先權日:2014年11月15日
【發明者】彭瑜, 李偉 申請人:北京理工大學