一種基于掠衍射光柵的大功率光譜合成方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于掠衍射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)，而不能同時分布于中心光軸的兩側(cè)。每一束激光均依次通過一個準(zhǔn)直透鏡、一個半波片后，穿過聚焦透鏡。放置大功率掠衍射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光柵中心。根據(jù)衍射方程的一級衍射條件選擇入射激光束的波長，使得入射光束的入射角度不同，而衍射角度相同。使得入射激光完全按照同樣的衍射角一級衍射輸出，實(shí)現(xiàn)了激光的合束。合成單光束可達(dá)10000W以上，本發(fā)明方法比采用反射型衍射光柵的光斑小一至兩個數(shù)量級。
【專利說明】 一種基于掠衍射光柵的大功率光譜合成方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于掠衍射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)用越來越重要。多光束經(jīng)過波分復(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(tǒng)的多光束合成過程復(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，特殊波長激光的合成.對于大功率光束合成，特殊波長的激光合成，目前沒有相關(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)大功率以及超大功率多光束合成，提出一種基于掠衍射光柵的大功率光譜合成方法，利用大功率光柵來實(shí)現(xiàn)單束大功率激光輸出。
[0004]一種基于掠衍射光柵的大功率光譜合成方法，具體步驟如下:
[0005]步驟一，選擇一個多光束激光源和一個寬半徑的聚焦透鏡。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一個準(zhǔn)直透鏡、一個半波片后，穿過聚焦透鏡。
[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光柵中心。光柵與光軸之間有夾角。
[0008]所述光柵為大功率掠衍射光柵，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(shí)現(xiàn)對光柵傾斜角度的微控。
[0009]步驟四，根據(jù)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為激光源發(fā)出的第i束激光束波長，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)光柵后的衍射角度。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，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，多光束激光源按照步驟四選定的激光束波長發(fā)射激光束，透過準(zhǔn)直透鏡、半波片，聚焦透鏡后，入射到光柵上。壓電陶瓷驅(qū)動光柵，實(shí)現(xiàn)對光柵的角度掃描并對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衍射角一級衍射輸出，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)特殊波長激光合成，且實(shí)現(xiàn)簡單的調(diào)節(jié)過程。多束激光通過光柵合成實(shí)現(xiàn)一束大功率激光輸出，提高合成單光束可達(dá)1000W以上，合成光束比采用反射型衍射光柵的光斑小，大約小一個數(shù)量級至兩個數(shù)量級，大幅度提高單光束輸出功率。衍射光斑小。該設(shè)計(jì)操作簡單，穩(wěn)定，具有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。

【專利附圖】

【附圖說明】
[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)明提出的使用掠衍射光柵實(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)號說明: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AL, 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AL，10:第二光束，11:聚焦透鏡，12:聚焦透鏡固定架，13:光柵GT，14:調(diào)節(jié)架動板，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，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，光柵13，調(diào)節(jié)架動板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]所述光柵是定制的高損傷閾值的特制掠衍射光柵，可承載1000w光功率。
[0024]功率5000W波長為100nm的第一光纖激光器2發(fā)出的激光光束，經(jīng)過焦距為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上，功率5000W波長為1lOnm的第二光纖激光器7發(fā)出的激光光束，經(jīng)過焦距為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)過聚焦透鏡11后，聚焦在刻線密度為2400g/mm、刻線面積大小為lOOmmX10mm、厚度為60mm的掠衍射光柵13上，以同樣的45°衍射角一級衍射10即為合成的單光束。合成單光束形成的光斑的大小，比采用反射型衍射光柵的光斑小，大約小一個數(shù)量級至兩個數(shù)量級。
[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。該衍射光柵13可通過壓電陶瓷15的方法作慢速大范圍粗調(diào)，而通過驅(qū)動光柵13的PZT，實(shí)現(xiàn)掃描。通過微調(diào)螺釘16改變角度。在改變角度的過程中，固定在調(diào)節(jié)架動板14上的光柵13隨著動板14 一起旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)單光束輸出。壓電陶瓷15粘在調(diào)節(jié)架動板14上。
[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通過熱沉固定在調(diào)節(jié)架動板14上，調(diào)節(jié)架動板14可通過定板17上的微調(diào)螺釘調(diào)整，調(diào)節(jié)架定板17，第一熱沉1、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數(shù)，能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，激光波長可選用其它波長數(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】
1.一種基于掠衍射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，選擇一個多光束激光源和一個寬半徑的聚焦透鏡；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一個準(zhǔn)直透鏡、一個半波片后，穿過聚焦透鏡； 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光柵中心；光柵與光軸之間有夾角； 所述光柵為大功率掠衍射光柵，其功率在1000W及以上，其背面連接壓電陶瓷； 步驟四，根據(jù)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為激光源發(fā)出的第i束激光束波長，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)光柵后的衍射角度；i = 2，3，4，...，η，η為激光束的總數(shù)； 選擇入射激光束的波長，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，多光束激光源按照步驟四選定的激光束波長發(fā)射激光束，透過準(zhǔn)直透鏡、半波片，聚焦透鏡后，入射到光柵上；壓電陶瓷驅(qū)動光柵，實(shí)現(xiàn)對光柵的角度掃描并對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衍射角一級衍射輸出，實(shí)現(xiàn)了激光的合束。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于掠衍射光柵的大功率光譜合成方法，其特征在于:合成單光束達(dá)10000W以上。
【文檔編號】H01S3/13GK104409959SQ201410650714
【公開日】2015年3月11日 申請日期: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 申請人:北京理工大學(xué)