CN101414053A - 多路组束光纤激光器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种使用多路组束技术实现高功率输出的多路组束光纤激光器。本发明包括光纤激光器、棱镜、透镜、耦合镜、准直缩束系统，光纤激光器对称设置在棱镜两侧，棱镜的反射面设置在光纤激光器的入射光路上，透镜设置在棱镜的反射光路上；透镜的出射光路上设置有耦合镜，耦合镜的入射面与透镜的焦平面重合，耦合镜的出射光路上设置有准直缩束系统。本发明提供了一种可实现多对光纤激光的组束，使得多对光纤激光组束成为峰值位于中心传输轴上的一束光，组束成大功率的激光输出的多路组束光纤激光器。

Description

多路组束光纤激光器
技术领域
本发明涉及组束激光器，尤其是一种使用多路组束技术实现高功率输出的多路组束光纤激光器。
背景技术
光纤激光器具有结构简单、散热性好、转换效率高、性能稳定、光束质量高等优点，高功率光纤激光器可广泛用于工业加工，国防、空间通信等领域。虽然单根光纤激光器的输出功率现已实现2千多瓦的水平，但还远不能满足某些领域的特殊要求。由于高功率激光对光纤的热光损伤问题的限制，发展多路光束的组束技术是实现更高输出功率，特别是万瓦级光纤激光器的必由之路。
现有技术[参见在先技术Appl.Phys.Lett.22(2004)4837-4839；Opt.Expr.14(2004)2721-2726]已实现两路光纤激光器的相干锁定。但该技术存在以下缺点：
1、现有技术虽然实现了两路光束的相位锁定，但只能用于观测相干现象(相干条纹)，不能将两路激光组束为峰值位于中心传输轴上的一束光。
2、现有技术虽然实现了两对光纤激光器的相位锁定，但不能实现多对光纤激光器的相位锁定，更不能把多对光纤激光组束成为峰值位于中心传输轴上的一束光。
发明内容
本发明为解决背景技术中存在的上述技术问题，而提供一种可实现多对光纤激光的组束，使得多对光纤激光组束成为峰值位于中心传输轴上的一束光，组束成大功率激光输出的多路组束光纤激光器。
本发明的技术解决方案是：本发明为一种多路组束光纤激光器，其特殊之处在于：该多路组束光纤激光器包括光纤激光器、棱镜、透镜、耦合镜、准直缩束系统，光纤激光器对称设置在棱镜两侧，棱镜的反射面设置在光纤激光器的入射光路上，透镜设置在棱镜的反射光路上；透镜的出射光路上设置有耦合镜，耦合镜的入射面与透镜的焦平面重合，耦合镜的出射光路上设置有准直缩束系统。
上述光纤激光器为两个或多个。
上述棱镜为直角棱镜、直角多面体棱镜或直径圆锥棱镜。
上述透镜与光纤激光器出射面的距离为透镜的焦距。
上述棱镜的反射面上均镀有对激光高反的膜。
上述耦合镜的入射面镀有对激光具有一定反射率的膜。
上述膜的反射率为5％一15％。
上述耦合镜的出射面镀有对激光高透的膜。
上述透镜为傅立叶变换透镜。
上述耦合镜为平平输出耦合镜。
本发明利用傅立叶变换技术(现有技术中有时又称其为：自成像腔技术)实现各对光纤激光的相干组束；精确控制各对光束的空间分布，使各对激光关于中心传输轴对称，从而实现各对光纤激光的相干组束，它们传输后在远场形成峰值位于中心传输轴上的一束光，而不同对激光的中心传输轴重合，因此自然实现不同对激光的非相干组束。本发明结构简单，扩展性好，易于实现大功率的激光输出。
附图说明
图1是本发明实施例一的结构示意图；
图2是本发明实施例二的结构示意图。
具体实施方式
参见图1，该图为本发明实施例一结构中的光纤激光器为两台时的结构示意图，a1，b1为两台同种类型光纤激光器，a和b分别为它们的激光发射面，它们发出的一对相对传输的激光A1和B1。1为直角棱镜，光纤激光器a1和b1相对于直角棱镜1对称放置。直角棱镜1的两个反射面11和12均镀有对激光λ反射率大于99％的高反膜，激光A1和B1经棱镜1反射后成为一对平行传输的激光A2和B2。2为焦距为f＝250mm的傅立叶变换透镜，傅立叶变换透镜2距离激光发射面a和b的距离均为f。激光A2和B2经透镜2聚射后为一对会聚激光A3和B3。3为平平输出耦合镜，平平输出耦合镜3的31面镀有对激光具有一定反射率(比如5％，10％，15％等，该实施例为10％)的膜，32面镀有对激光λ透射率大于99％的高透膜，31面与透镜2的焦平面重合。激光A3和B3经平平输出耦合镜3部分反射后，实现光纤激光器a1和b1的相互注入，从而实现两路光束的相位锁定。激光A3和B3经平平输出耦合镜3的透射光分别为A4和B4，准直缩束系统4用于把激光A4和B4准直为平行光束A5和B5，同时缩小它们之间的距离。
准直缩束系统4由三个透镜构成，该实施例中三个透镜的焦距f分别为：f1＝100mm，f2＝250mm，f3＝25mm，这样经空间传输后，在远场激光A5和B5就产生能量汇聚，成为峰值位于传输轴中心OO’上的一束光C。
参见图2，该图为本发明实施例二结构中的光纤激光器为3对(六个)光纤激光器的示意图，它们发射的光束经过上面所述的直角棱镜1、傅立叶变换透镜2和平平耦合输出镜3后，分别实现a1和b1，a2和b2，a3和b3三对激光器的相位锁定，这三对光纤激光器发射的激光经准直缩束系统4后变为三对平行相干光，这三对平行相干光经空间传输后，变为三束成为峰值位于传输轴中心OO’上的三束光C1，C2和C3，它们彼此重合，从而实现非相干组束。
本发明中棱镜1如果使用直角多面(2N个面，N为整数)体棱镜，可在多个面上布置扩展为多对光纤激光系统，并使不同面上的多对光纤激光器系统组束后的激光均沿中心传输轴OO’传输，即可把组束光纤激光器的个数扩展为实施例结构中的N倍。
本发明中棱镜1如果使用直径圆锥棱镜，利用同样的原理可实现位于不同面上的多对光纤激光器的组束。

Claims (10)

1、一种多路组束光纤激光器，其特征在于：该多路组束光纤激光器包括光纤激光器、棱镜、透镜、耦合镜、准直缩束系统，所述光纤激光器对称设置在棱镜两侧，所述棱镜的反射面设置在光纤激光器的入射光路上，所述透镜设置在棱镜的反射光路上；所述透镜的出射光路上设置有耦合镜，所述耦合镜的入射面与透镜的焦平面重合，所述耦合镜的出射光路上设置有准直缩束系统。
2、根据权利要求1所述的多路组束光纤激光器，其特征在于：所述光纤激光器为两个或多个。
3、根据权利要求1或2所述的多路组束光纤激光器，其特征在于：所述棱镜为直角棱镜、直角多面体棱镜或直径圆锥棱镜。
4、根据权利要求3所述的多路组束光纤激光器，其特征在于：所述透镜与光纤激光器出射面的距离为透镜的焦距。
5、根据权利要求4所述的多路组束光纤激光器，其特征在于：所述棱镜的反射面上均镀有对激光高反的膜。
6、根据权利要求5所述的多路组束光纤激光器，其特征在于：所述耦合镜的入射面镀有对激光具有一定反射率的膜。
7、根据权利要求6所述的多路组束光纤激光器，其特征在于：所述膜的反射率为5％—15％。
8、根据权利要求6所述的多路组束光纤激光器，其特征在于：所述耦合镜的出射面镀有对激光高透的膜。
9、根据权利要求1所述的多路组束光纤激光器，其特征在于：所述透镜为傅立叶变换透镜。
10、根据权利要求1所述的多路组束光纤激光器，其特征在于：所述耦合镜为平平输出耦合镜。
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