CN104391356A - 一种基于掠衍射光栅的大功率光隔离方法 - Google Patents

一种基于掠衍射光栅的大功率光隔离方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于掠衍射光栅的大功率光隔离方法，属于强激光技术领域。将激光源、准直透镜、半波片依次排列，激光源与准直透镜、半波片同光轴；根据衍射方程的一级衍射条件，确定光栅刻线间距d，制作大功率掠衍射光栅，并排列到半波片之后，光轴穿过光栅的中心；激光源发出激光束，透过准直透镜、半波片，入射到光栅上。压电陶瓷驱动光栅，实现对光栅的角度扫描并对光栅与光轴间的夹角大小进行微调，使得入射激光完全按照一级衍射输出，实现大功率激光的光隔离。通过掠衍射光栅衍射可在任何波长范围内实现最高10000w大功率及超大功率激光隔离，实现特殊波长激光光隔离，实现比反射型光栅更高的衍射效率和更高的隔离效率。

Description

一种基于掠衍射光栅的大功率光隔离方法
技术领域
本发明涉及一种基于掠衍射光栅的大功率光隔离方法，属于强激光技术领域。
背景技术
光隔离器在工业，科研应用越来越广泛。通常光隔离可根据法拉第效应来实现，如图1所示。但是这类光隔离对光束的波长和功率都有一定的限制，对于大功率光隔离，特殊波长的光隔离，目前还没有有效的方法。
发明内容
本发明的目的是为了实现大功率光隔离的问题，提出一种基于掠衍射光栅的大功率光隔离方法，利用掠衍射光栅来实现大功率激光光隔离。
一种基于掠衍射光栅的大功率光隔离方法，具体步骤如下：
步骤一，将激光源、准直透镜、半波片依次排列，激光源与准直透镜、半波片同光轴。
步骤二，根据衍射方程的一级衍射条件:
d(sinα+sinβ)＝λ    (1)
其中d是光栅刻线间距，λ为激光源发出的激光束波长，α为激光束到光栅的入射角度，β为激光束经光栅后的衍射角度。确定光栅刻线间距d，制作光栅。α和β根据光隔离任务的具体角度要求计算得出。
所述光栅为大功率掠衍射光栅，其功率要求在10000W及以上，其背面连接压电陶瓷。压电陶瓷能实现对光栅倾斜角度的微控。
步骤三，将步骤二制作的光栅排列到半波片之后，光轴穿过光栅的中心，光栅法线与光轴间的夹角大小为α。
步骤四，激光源发出激光束，透过准直透镜、半波片，入射到光栅上。压电陶瓷驱动光栅，实现对光栅的角度扫描并对光栅与光轴间的夹角大小进行微调，使得入射激光完全按照一级衍射输出，实现大功率激光的光隔离。
步骤五，在步骤四的出射光方向上放置一个平面镜对其进行反射，调整平面镜角度，使得光反馈再次经过光栅并发生一级衍射，其一级衍射光与原入射激光不相向。从而验证大功率激光实现了光隔离。
有益效果
通过掠衍射光栅衍射可在任何波长范围内实现最高10000w大功率及超大功率激光隔离，实现特殊波长激光光隔离，实现比反射型光栅更高的衍射效率和更高的隔离效率。调节过程简单。本发明方法对光束的波长和功率比传统的法拉第效应隔离器有很大的提升。该设计操作简单，稳定，具有很强的实用价值。
附图说明
图1为背景技术中使用法拉第效应实现光隔离示意图；
图2为本发明提出的使用掠衍射光栅实现光隔离的原理图；
图3为具体实施方式中装置实施例的俯视图；
标号说明：a-入射光纤，b-入射GRIN，c-起偏器，d-法拉第旋转器，e-检偏器，f-出射GRIN，g-出射光纤，B-磁场，1-半导体制冷器，2-光纤激光器，3-非球面准直透镜调整架，4-非球面准直透镜AL，5-光束，6-光栅，7-调节架动板，8-调节架压电陶瓷，9-微调螺钉，10-输出，11-调节架定板，12-HWP半波片，13-HWP半波片调整架。
具体实施方式
本发明的技术原理如图2所示。
本实施方式给出装置实例如图3所示，包括半导体制冷器1，光纤激光器2，非球面准直透镜调整架3，非球面准直透镜4，光栅6，调节架动板7，调节架压电陶瓷8，微调螺钉9，调节架定板11，半波片12。
半导体制冷器1与光纤激光器2连接，对光纤激光器2进行控温。非球面准直透镜4安装在非球面准直透镜调整架3上，光纤激光器2与非球面准直透镜4,半波片12同光轴。
光栅6固定在调节架动板7上，压电陶瓷8粘贴在调节架动板7上，通过调节架动板7驱动光栅6。调节架动板7与调节架定板11相连，微调螺钉9安装在调节架定板11上，用于整体调整动板7。
光栅6是定制的高损伤阈值的特制掠衍射光栅，可承载10000w光功率。
功率5000W波长为1000nm的光纤激光器2发出的激光光束，经过焦距为4mm，数值孔径为0.6的非球面准直透镜4准直后，以27°入射角入射到刻线密度为2400g/mm、具有合适的衍射效率、刻线面积大小为100mmX100mm、厚度为60mm的光栅6上，其一级衍射10即为输出光束。
光纤激光器2采用温度传感器和半导体制冷器1实现温度控制。该光栅6可通过压电陶瓷(PZT)8作慢速大范围粗调，而通过驱动光栅6的PZT，实现扫描。压电陶瓷8粘接在调节架动板7上，通过微调螺钉9改变角度。在改变角度的过程中，固定在粘有压电陶瓷8调节架动板7上的光栅6随着动板7一起旋转，实现光隔离输出。
非球面准直透镜调整架3用于固定非球面镜及激光束准直的调整，光栅6通过热沉固定在调节架动板7上，调节架动板7可通过定板11上的微调螺钉调整，调节架定板11，激光器热沉1，非球面准直透镜调整架3，聚焦透镜固定架11均被固定在底板上。
上述方案中的光栅也可选用其它类型，尺寸大小也可选用其它尺寸，激光波长可选用其它波长数值，激光源可选用其他激光源。

Claims (3)

1.一种基于掠衍射光栅的大功率光隔离方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一，将激光源、准直透镜、半波片依次排列，激光源与准直透镜、半波片同光轴；
步骤二，根据衍射方程的一级衍射条件:
d(sinα+sinβ)＝λ                       (1)
其中d是光栅刻线间距，λ为激光源发出的激光束波长，α为激光束到光栅的入射角度，β为激光束经光栅后的衍射角度；确定光栅刻线间距d，制作光栅；
所述光栅为大功率掠衍射光栅，其功率在10000W及以上，其背面连接压电陶瓷；
步骤三，将步骤二制作的光栅排列到半波片之后，光轴穿过光栅的中心，光栅法线与光轴间的夹角大小为α；
步骤四，激光源发出激光束，透过准直透镜、半波片，入射到光栅上；压电陶瓷驱动光栅，实现对光栅的角度扫描并对光栅与光轴间的夹角大小进行微调，使得入射激光完全按照一级衍射输出，实现大功率激光的光隔离。
2.根据权利要求1所述的一种基于掠衍射光栅的大功率光隔离方法，其特征在于：α和β根据光隔离任务的具体角度要求计算得出。
3.根据权利要求1所述的一种基于掠衍射光栅的大功率光隔离方法，其特征在于：在任何入射波长范围内实现最高10000w大功率激光隔离。
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