CN104020566A - 二维大规模激光束阵列占空比调节装置 - Google Patents
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Abstract
一种二维大规模激光束阵列占空比调节装置，包括共轴放置的凸面角锥棱镜与凹面角锥棱镜，两角锥棱镜直径相同，边缘厚度相同，圆锥面互补。该装置可以实现二维排布的大规模激光束阵列占空比的调节，从而提高相干合成远场艾里斑的亮度。该装置具有占空比调节范围大，调节方便，结构简单紧凑，稳定性高等优点。
Description
技术领域
本发明涉及高功率光纤激光器相干合束系统，特别是一种二维大规模激光束阵列占空比调节装置。
背景技术
随着激光应用技术的发展，空间通信、激光武器、材料加工、遥感和激光雷达等领域对高功率、高光束质量的激光提出了迫切需求。光纤激光器具有结构紧凑、热管理方便、光束质量好和转换效率高等特点，在高功率激光领域得到了广泛应用。然而，由于热效应、非线性效应和端面损伤阈值的限制，单根光纤激光器的输出功率存在理论极限。因此，将多个光纤激光器组成阵列合成为单光束输出可以有效解决单纤激光器存在的问题，在提高亮度的前提下大大提高输出功率水平。
在光纤激光器相干合成系统中，光束间的占空比对远场艾里斑的亮度有重要影响。光束的占空比即为光束直径与相邻两光束中心轴横向间距的比值，通过增大光束孔径或减小光束横向间距均可以增大占空比，进而提高远场艾里斑的亮度。一般情况下，光束横向间距更易调节，因此目前国际国内多采用调整光束横向间距的方法提高光束阵列占空比。
发明内容
本发明提供一种二维大规模激光束阵列占空比调节装置，该装置可以实现二维大规模激光束阵列横向间距的调节，以提高光束阵列占空比，从而提高相干合成远场艾里斑亮度。该装置具有占空比调节范围大，调节方便，结构简单紧凑，稳定性高等优点。
本发明解决上述问题的技术方案如下：
一种二维大规模激光束阵列占空比调节装置，其特点是：由同光轴凸面角锥棱镜和凹面角锥棱镜组成，所述的凸面角锥棱镜的底面、凸面角锥棱镜的圆锥面、凹面角锥棱镜的圆锥面和凹面角锥棱镜的底面沿光轴依次排列，所述的凸面角锥棱镜或凹面角锥棱镜置于沿光轴移动的调节机构上。
所述的凸面角锥棱镜、凹面角锥棱镜的圆锥面均为旋转对称面。
所述的凸面角锥棱镜、凹面角锥棱镜的直径相同，边缘厚度相同，圆锥面互补。
所述的凸面角锥棱镜的底面、凸面角锥棱镜的圆锥面、凹面角锥棱镜的底面和凹面角锥棱镜的圆锥面镀有与激光波长对应的多层电介质增透膜。
通过增大两角锥棱镜之间的距离，可以减小两入射光束的横向间距，从而使占空比得到调节。
本发明的技术效果在于：
本发明利用两个角锥棱镜互补的特性，通过增大两个角锥棱镜间的距离，可以提高二维大规模激光束的占空比，从而实现大规模激光束相干合成后远场艾里斑亮度的提高。
该装置仅使用两块棱镜，结构简单紧凑，工作状态稳定。通过调节两角锥棱镜间的距离即可实现占空比的提高，调节方便。两角锥棱镜的圆锥面均为旋转对称面，因此可以容纳关于光轴对称的二维大规模激光束。此外，角锥棱镜采用熔融石英制作，热稳定性好，能承受高亮度的激光照射，无需设计复杂的散热系统，适合高功率激光器相干合束系统。
附图说明
图1为本发明二维大规模激光束阵列占空比调节装置示意图。
图2为本发明二维大规模激光束阵列占空比调节装置实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明做进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
先请参阅图1，图1为本发明二维大规模激光束阵列占空比调节装置示意图。由图可见，本发明二维大规模激光束阵列占空比调节装置，由同光轴凸面角锥棱镜1和凹面角锥棱镜2组成，所述的凸面角锥棱镜1的底面、凸面角锥棱镜1的圆锥面、凹面角锥棱镜2的圆锥面和凹面角锥棱镜2的底面沿光轴依次排列，所述的凸面角锥棱镜1或凹面角锥棱镜2置于沿光轴移动的调节机构上。
第一光束L1平行于光轴垂直入射到凸面角锥棱镜1的底面，经过凸面角锥棱镜1，在凸面角锥棱镜1的圆锥面发生折射，由于角锥棱镜材料折射率大于空气折射率，因此出射光向光轴方向偏折。出射光倾斜入射至凹面角锥棱镜2，由于激光束从空气入射到折射率稍大的棱镜材料中，光束L1会向远离光轴方向偏折，另由两角锥棱镜圆锥面互补，光束L1在凹面角锥棱镜2中传输后从凹面角锥棱镜2的底面平行于光轴出射。同理，第二光束L2平行于光轴，与光束L1关于光轴对称的垂直入射至凸面角锥棱镜1中，最终从凹面角锥棱镜2的底面平行于光轴出射。增大两个角锥棱镜间的距离，光束L1与光束L2的间距得到缩小，两激光束的孔径不变，因此两路激光束的占空比得到提高。
考虑N路激光束平行于光轴入射至第一角锥棱镜1的情况，只要所有N路激光束两两关于光轴对称，则通过调整两角锥棱镜的距离，对称激光束的占空比均得到调节，N路二维大规模激光束阵列的占空比也得到调节。
所述的凸面角锥棱镜1、凹面角锥棱镜2的圆锥面均为旋转对称面。
所述的凸面角锥棱镜1、凹面角锥棱镜2的直径相同，边缘厚度相同，圆锥面互补。
所述的凸面角锥棱镜1的底面、凸面角锥棱镜1的圆锥面、凹面角锥棱镜2的底面和凹面角锥棱镜2的圆锥面镀有与激光波长对应的多层电介质增透膜。
下面举一个具体实施例介绍如下：
如图2所示，采用2个掺Yb3+光纤激光器，输出光束为L1和L2，输出激光波长为1064nm，光束直径为3mm，每路激光输出功率为20W。L1，L2关于光轴对称分布，与光轴的横向距离为5mm，占空比为30％。凸面角锥棱镜1和凹面角锥棱镜2的口径为25.4mm，边缘厚度5mm，圆锥面底角为10°。两个角锥棱镜的圆锥面和底面均镀有对1064nm波段的增透膜。傅里叶透镜3口径为20mm，焦距为1000mm，用以将准直光束汇聚在光屏4上。调整凸面角锥棱镜1和凹面角锥棱镜2的间距，两路光束的占空比可在30％～80％之间调节，最高可以提高至80％，光屏上承接的激光总能量为40W，艾里斑亮度得到提升。
Claims (4)
1.一种二维大规模激光束阵列占空比调节装置，其特征是：由同光轴凸面角锥棱镜(1)和凹面角锥棱镜(2)组成，所述的凸面角锥棱镜(1)的底面、凸面角锥棱镜(1)的圆锥面、凹面角锥棱镜(2)的圆锥面和凹面角锥棱镜(2)的底面沿光轴依次排列，所述的凸面角锥棱镜(1)或凹面角锥棱镜(2)置于沿光轴移动的调节机构上。
2.根据权利要求1所述的二维大规模激光束阵列占空比调节装置，其特征在于，所述的凸面角锥棱镜(1)、凹面角锥棱镜(2)的圆锥面均为旋转对称面。
3.根据权利要求1所述的二维大规模激光束阵列占空比调节装置，其特征在于，所述的凸面角锥棱镜(1)、凹面角锥棱镜(2)的直径相同，边缘厚度相同，圆锥面互补。
4.根据权利要求1所述的二维大规模激光束阵列占空比调节装置，其特征在于，所述的凸面角锥棱镜(1)的底面、凸面角锥棱镜(1)的圆锥面、凹面角锥棱镜(2)的底面和凹面角锥棱镜(2)的圆锥面镀有与激光波长对应的多层电介质增透膜。
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