-1級(jí)衍射光可以高于99%，零級(jí)衍射小于1%;本發(fā)明中的全內(nèi)反射光柵材料不限于石英材料，其他光學(xué)材料或晶體材料也可以制作此類光柵。
[0040]請(qǐng)參閱圖3，當(dāng)本體為呈矩形時(shí)本體全內(nèi)反射型相位光柵131的結(jié)構(gòu)示意圖，從圖3中可以看出，n2為空氣的折射率，矩形光柵槽深為D，槽寬為W，光柵常數(shù)為d，光線以自準(zhǔn)直角度從石英材料入射光柵時(shí)，當(dāng)光柵周期滿足一定條件時(shí)，入射光全部被反射回石英棱鏡內(nèi)，且沿入射光柵的反方向衍射，其-1級(jí)衍射高達(dá)99%的效率，零級(jí)光通常情況下小于I % ο用此原理制作的全內(nèi)反射光柵做腔內(nèi)色散部件，可以獲得合束效率大于90%的合束效果O
[0041]請(qǐng)參閱圖4，當(dāng)本體為直角三角形時(shí)本體全內(nèi)反射型相位光柵132的結(jié)構(gòu)示意圖，從圖4中可以看出，光束以近零度入射角從一個(gè)直角面入射到石英內(nèi)，在石英內(nèi)對(duì)斜邊面光柵，其入射角約為45度，設(shè)計(jì)光柵周期、占空比和槽深，滿足準(zhǔn)直條件，-1級(jí)衍射光沿入射光方向返回，從入射的直角面出射，但在垂直于衍射的方向與入射光束有一個(gè)很小的偏離角度，衍射效率幾乎與理想原路返回效率相同。
[0042]請(qǐng)參閱圖5，當(dāng)本體為斜角三角形時(shí)本體全內(nèi)反射型相位光柵133的結(jié)構(gòu)示意圖，從圖5中可以看出，斜角棱鏡制作的全內(nèi)反射光柵，其角度可以設(shè)計(jì)成布儒斯特角，當(dāng)入射光入射到空氣和石英界面時(shí)，對(duì)垂直入射面的偏振光可以省去鍍?cè)鐾改さ墓に?，并且O級(jí)衍射光沿另一面出射，對(duì)特大功率的合束有利用改善其系統(tǒng)穩(wěn)定性。特別說明的是，上述棱鏡也可以從沿b、c線切割只留前面的直角棱鏡使用，效果相同。
[0043]請(qǐng)參閱圖6，當(dāng)本體為球面形時(shí)本體全內(nèi)反射型相位光柵134的結(jié)構(gòu)示意圖，從圖6中可以看出，石英材料的光柵面如果具有一定的曲率，在本發(fā)明的設(shè)置上，可以替代全內(nèi)反射型相位光柵前面的柱面鏡作用，用單一塊這樣的球面全內(nèi)反射光柵，加選擇性反射部件和具有增益的發(fā)光陣列就可以組成所述的合束裝置。
[0044]上述各類具體結(jié)構(gòu)的光柵優(yōu)點(diǎn)是光柵密度可以高達(dá)2200線/mm，對(duì)980nm的激光如果在空氣中已經(jīng)不滿足光柵方程所約束的條件，光柵不含多層介質(zhì)膜，抗損傷閾值極高，與材料本身的損傷閾值相當(dāng)。
[0045]如圖7所示，為本發(fā)明實(shí)施例二提供的激光陣列合束裝置200，與實(shí)施例一不同之處在于，還包括:設(shè)置于所述共同像點(diǎn)所在平面的選擇性反射單元140，經(jīng)所述柱面鏡120聚焦的光束依次經(jīng)所述選擇性反射單元140、所述柱面鏡120、所述色散單元130、所述柱面鏡120、所述快軸準(zhǔn)直鏡112后返回至所述激光陣列111。
[0046]優(yōu)選地，所述選擇性反射單元140為柱面鏡或者窄條反射鏡。當(dāng)所述選擇性反射單元140為窄條反射鏡時(shí)，其在大部分區(qū)域?yàn)閷?duì)光束進(jìn)行透射的玻璃鏡，其中間位置鍍有一條很窄的反射膜，反射膜的寬度可以是20um-200um，反射率可以是4% _80%，其作用是將重疊的像區(qū)位置的小部分光選擇性地反饋回不同的發(fā)光點(diǎn)內(nèi)，起到選擇激光波長(zhǎng)的作用，請(qǐng)參閱圖8，給出了窄條反射鏡反射率分布的兩種分布形式，而實(shí)際中其反射率分布可以是各種曲線形式；當(dāng)所述選擇性反射單元140為柱面鏡時(shí)，也能夠?qū)λ龉餐顸c(diǎn)所在平面的像區(qū)一分部的光回發(fā)光點(diǎn)，柱面鏡上也可以鍍窄條反射部分加強(qiáng)鎖定效果，進(jìn)一步提高合束率，實(shí)際中選用合適的曲率和反射率以獲得最佳輸出功率。特別地，所述柱面鏡也可以用凸面作為選擇性反射面，其效果與上述凹面合束作用相同。
[0047]上述反射膜的選擇可以在很窄的區(qū)域內(nèi)可以有各種分布，也可以鍍?yōu)楦碾p線反射模式，比如，在50um的區(qū)域內(nèi)，鍍兩個(gè)15um的窄線反射，間距相差20um的增透間隔，也可以獲得很高的合束率單點(diǎn)激光輸出。
[0048]從圖9中可以看出，激光陣列111出射的光束通過對(duì)應(yīng)的快軸準(zhǔn)直鏡112，在X方向變?yōu)闇?zhǔn)平行光輸出，線陣列沿y軸方向?yàn)槁S方向，如圖所示的慢軸方向陣列包含三個(gè)發(fā)光單元；再通過柱面鏡120，在慢軸方向?qū)⒏髯缘木€陣發(fā)光單元變換成三組方向不同的準(zhǔn)平行光入射到全內(nèi)反射光柵的直角面，光柵的衍射方向在I軸方向進(jìn)行，z軸為入射光的方向，衍射方向沿-Z軸方向出射，但與原入射光路在X軸方向偏離一小角度，傳播一定距離后到達(dá)選擇性反射單元140上，通過選擇性反射單元140，光束沿y軸方向的某一區(qū)域的光以小角度被其沿反入射方向反射回線陣列的各自發(fā)光點(diǎn)形成外腔激光器，經(jīng)過激光放大振蕩的激光模式經(jīng)過上述外腔，在選擇性反射單元140上的選擇性反射區(qū)域形成了各自發(fā)光點(diǎn)的公共像點(diǎn)，但各自的縱模波長(zhǎng)略有不同，所以在選擇性反射單元140上的輸出端在線陣y方向上只有一個(gè)發(fā)光單元的像點(diǎn)輸出光束，但參與成像的卻是各發(fā)光點(diǎn)功率總和。選擇適當(dāng)?shù)姆瓷渎?，能使各發(fā)光單元在增益帶寬內(nèi)只有滿足公共像點(diǎn)的模式存在，其他的模式不能振蕩，將線陣多點(diǎn)輸出光束變換成了單點(diǎn)輸出光束的特性。在沿X方向三個(gè)列陣變成了，三個(gè)點(diǎn)的空間并排合束輸出?？梢岳斫?，實(shí)際成腔過程中，選擇性反射單元140的位置在共同像點(diǎn)的平面附件一定的范圍內(nèi)均可以滿足公共成像的條件但細(xì)微的位置變化對(duì)公共成像點(diǎn)的大小有一定的影響。
[0049]特別地，如果選擇性反射單元140采用柱面鏡做選擇性反射時(shí)，選擇性反射的公共像點(diǎn)可以在柱面上，也可以調(diào)整至柱面球心位置。如圖8所示的柱面鏡作為選擇性反射單元時(shí)，公共像點(diǎn)位置的兩種情況，Q點(diǎn)和P點(diǎn)成像，P點(diǎn)的像通常小于Q的。
[0050]可以理解，由于激光陣列單元110中各自激光陣列發(fā)光的物點(diǎn)一般其波長(zhǎng)梯度不滿足上述設(shè)定的條件，加上各自激光陣列發(fā)光物點(diǎn)發(fā)出的光具有一定的譜寬，共同像點(diǎn)所在的平面上會(huì)是斷續(xù)或連續(xù)的線段，這取決于物點(diǎn)發(fā)光譜寬度，線段上的某點(diǎn)代表一個(gè)特定的激光波長(zhǎng)，超過一定的寬度，各自的像點(diǎn)就會(huì)有重疊，重疊部分的光束分別來自不同的發(fā)光單元，具有不同的波長(zhǎng)，如果此時(shí)在共同像點(diǎn)所在的平面上成像的重跌的區(qū)域放置一個(gè)具有選擇性反射的光學(xué)部件，選擇重跌區(qū)域的一部分以小角度光束沿原路返回至各自的發(fā)光物點(diǎn)，作為激光振蕩的反饋腔，這部分返回的光會(huì)被放大，其它部分的光沒有反饋放大，會(huì)逐漸減小至消失，而再出射的光束就會(huì)自動(dòng)再次經(jīng)過選擇性反射部件，又返回物發(fā)光單元，選擇性反射部件起外腔耦合輸出鏡的作用，本質(zhì)上自動(dòng)實(shí)現(xiàn)了空間不同物點(diǎn)經(jīng)過包含色散成像外腔具有相同的公共像點(diǎn)的目的。特別指出的是共同像點(diǎn)的光參數(shù)積與各自物發(fā)光點(diǎn)的光參數(shù)積相同，在特定條件下可以小于沒有反饋時(shí)物點(diǎn)的光參數(shù)積，如果從外腔耦合輸出鏡處看，激光的功率是物發(fā)光點(diǎn)數(shù)乘單物發(fā)光點(diǎn)功率，總光參數(shù)積與一個(gè)物發(fā)光點(diǎn)的相同，本質(zhì)上提高了激光陣列的亮度。
[0051]以上所述的本發(fā)明實(shí)施方式，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限定。任何在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種激光陣列合束裝置，其特征在于，包括沿光束傳輸方向依次設(shè)置的激光陣列單元、柱面鏡及色散單元，所述激光陣列單元包括至少一激光陣列及與所述激光陣列對(duì)應(yīng)設(shè)置的快軸準(zhǔn)直鏡； 所述激光陣列出射的激光光束入射進(jìn)入所述快軸準(zhǔn)直鏡，經(jīng)所述快軸準(zhǔn)直鏡后的激光光束形成一維準(zhǔn)平行光束A，所述準(zhǔn)平行光束A入射進(jìn)入所述柱面鏡后形成二維準(zhǔn)平行光束B，所述準(zhǔn)平行光束B入射進(jìn)入所述色散單元，經(jīng)所述色散單元后的光束按原路返回至所述柱面鏡，并經(jīng)所述柱面鏡后聚焦形成共同像點(diǎn)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述激光陣列合束裝置，其特征在于，所述激光陣列為具有增益特性的半導(dǎo)體激光陣列或光纖激光器陣列。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光陣列合束裝置，其特征在于，所述激光陣列單元包括第一激光陣列、第二激光陣列、與所述第一激光陣列對(duì)應(yīng)設(shè)置的第一快軸準(zhǔn)直鏡、與所述第二激光陣列對(duì)應(yīng)設(shè)置的第二快軸準(zhǔn)直鏡及條形合束鏡，所述條形合束鏡包括依次間隔設(shè)置的透射鏡和反射鏡，所述第一激光陣列出射的激光光束經(jīng)所述第一快軸準(zhǔn)直鏡后形成第一準(zhǔn)平行光束，所述第一準(zhǔn)平行光束透射所述透射鏡，所述第二激光陣列出射的激光光束經(jīng)所述第二快軸準(zhǔn)直鏡后形成第二準(zhǔn)平行光束，所述第二準(zhǔn)平行光束被所述反射鏡反射，經(jīng)所述透射鏡透射的光束和經(jīng)所述反射鏡反射的光束形成合束光束入射進(jìn)入所述柱面鏡。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的激光陣列合束裝置，其特征在于，所述第一激光陣列和所述第二激光陣列相互垂直放置。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述激光陣列合束裝置，其特征在于，所述柱面鏡距離所述激光陣列的距離為所述柱面鏡的焦距。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述激光陣列合束裝置，其特征在于，所述色散單元為全內(nèi)反射型相位光柵。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的激光陣列合束裝置，其特征在于，所述全內(nèi)反射型相位光柵包括本體及形成于所述本體上的光柵，所述本體為熔石英材料。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的激光陣列合束裝置，其特征在于，所述本體呈矩形或者直角三角形或者斜角三角形或者球面形。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的激光陣列合束裝置，其特征在于，所述斜角三角形的角度為布儒斯特角。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述激光陣列合束裝置，其特征在于，還包括設(shè)置于所述共同像點(diǎn)所在平面的選擇性反射單元，經(jīng)所述柱面鏡聚焦的光束依次經(jīng)所述選擇性反射單元、所述柱面鏡、所述色散單元、所述柱面鏡、所述快軸準(zhǔn)直鏡后返回至所述激光陣列。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的激光陣列合束裝置，其特征在于，所述選擇性反射單元為柱面鏡或者窄條反射鏡，所述窄條反射鏡包括一具有透射作用的玻璃鏡及鍍于所述玻璃鏡部分區(qū)域的部分反射膜。
【專利摘要】本發(fā)明提供的激光陣列合束裝置，所述激光陣列出射的激光光束入射進(jìn)入所述快軸準(zhǔn)直鏡，經(jīng)所述快軸準(zhǔn)直鏡后的激光光束形成一維準(zhǔn)平行光束A，所述第一準(zhǔn)平行光束入射進(jìn)入所述柱面鏡后形成二維準(zhǔn)平行光束B，所述準(zhǔn)平行光束B入射進(jìn)入所述色散單元，經(jīng)所述色散單元后的光束按原路返回至所述柱面鏡，并經(jīng)所述柱面鏡后聚焦形成共同像點(diǎn)，從而能夠鎖定激光陣列各發(fā)光點(diǎn)波長(zhǎng)并且使單陣列光束自動(dòng)合成單點(diǎn)光束，提高了激光陣列光束的亮度。
【IPC分類】G02B27/10, H01S5/10, H01S3/081, H01S3/067, H01S5/40, H01S3/23, G02B27/30
【公開號(hào)】CN104901162
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510284331
【發(fā)明人】余勤躍, 扈金富
【申請(qǐng)人】溫州泛波激光有限公司
【公開日】2015年9月9日
【申請(qǐng)日】2015年5月28日