CN104409959A - 一种基于掠衍射光栅的大功率光谱合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于掠衍射光栅的大功率光谱合成方法,属于强激光技术领域。多光束激光源位于聚焦透镜的焦点处,发出多束平行激光束,激光束都位于聚焦透镜中心光轴的同一侧,而不能同时分布于中心光轴的两侧。每一束激光均依次通过一个准直透镜、一个半波片后,穿过聚焦透镜。放置大功率掠衍射光栅位于聚焦透镜的另一侧焦点处,聚焦透镜的中心光轴穿过光栅中心。根据衍射方程的一级衍射条件选择入射激光束的波长,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样的衍射角一级衍射输出,实现了激光的合束。合成单光束可达10000W以上,本发明方法比采用反射型衍射光栅的光斑小一至两个数量级。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于掠衍射光栅的大功率光谱合成方法,属于强激光技术领域。
背景技术
激光合成在工业,科研和军事上应用越来越重要。多光束经过波分复用器WDM或者分光棱镜,镜片等手段合成,通常多光束的合成需要使用多个合成过程,如图1,2所示。但是这类光束合成对光束的波长和功率都有一定的限制,传统的多光束合成过程复杂,且不好调节,另外,传统的多光束合成方法不适合大功率以及超大功率的合成,特殊波长激光的合成.对于大功率光束合成,特殊波长的激光合成,目前没有相关的报道。
发明内容
本发明的目的是为实现大功率以及超大功率多光束合成,提出一种基于掠衍射光栅的大功率光谱合成方法,利用大功率光栅来实现单束大功率激光输出。
一种基于掠衍射光栅的大功率光谱合成方法,具体步骤如下:
步骤一,选择一个多光束激光源和一个宽半径的聚焦透镜。多光束激光源位于聚焦透镜的焦点处,多光束激光源发出多束激光束,激光光束互相平行,且都位于聚焦透镜中心光轴的同一侧,而不能同时分布于中心光轴的两侧。
步骤二,从光源射出的每一束激光均依次通过一个准直透镜、一个半波片后,穿过聚焦透镜。
步骤三,放置光栅位于聚焦透镜的另一侧焦点处,聚焦透镜的中心光轴穿过光栅中心。光栅与光轴之间有夹角。
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。
步骤四,根据衍射方程的一级衍射条件:
d(sinαi-sinβi)=λi (1)
其中d是光栅的刻线间距,λi为激光源发出的第i束激光束波长,αi为第i束激光束到光栅的入射角度,βi为第i束激光束经光栅后的衍射角度。i=2,3,4,...,n,n为激光束的总数。
选择入射激光束的波长,使得入射光束的入射角度αi不同,而衍射角度βi相同。
步骤五,多光束激光源按照步骤四选定的激光束波长发射激光束,透过准直透镜、半波片,聚焦透镜后,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同样的衍射角一级衍射输出,实现了激光的合束。
有益效果
本发明方法能实现多光束合成,以实现大功率以及超大功率单光束输出,实现特殊波长激光合成,且实现简单的调节过程。多束激光通过光栅合成实现一束大功率激光输出,提高合成单光束可达10000W以上,合成光束比采用反射型衍射光栅的光斑小,大约小一个数量级至两个数量级,大幅度提高单光束输出功率。衍射光斑小。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WDM实现多光束合成示意图;
图2为背景技术中使用PBS实现多光束合成示意图;
图3为本发明提出的使用掠衍射光栅实现激光合成的原理图;
图4为具体实施方式中的装置实施例俯视图;
标号说明:PL1:976nm激光1,PL2:976nm激光2,WDM:波分复用器,ISO:隔离器,LO:激光输出,1:第一热沉,2:第一光纤激光器,3:第一非球面准直透镜调整架,4:第一非球面准直透镜AL,5:第一光束,6:第二热沉,7:第二光纤激光器,8:第二非球面准直透镜调整架,9:第二非球面准直透镜AL,10:第二光束,11:聚焦透镜,12:聚焦透镜固定架,13:光栅GT,14:调节架动板,15:调节架压电陶瓷,16:微调螺钉,17:调节架定板,18:合成单束输出,19-第一半波片,20-第一半波片调整架,21-第二半波片,22-第二半波片调整架。
具体实施方式
本发明的技术原理如图3所示。
本实施方式中给出装置实例如图4所示,包括第一热沉1,第一光纤激光器2,第一非球面准直透镜调整架3,第一非球面准直透镜4,第二热沉6,第二光纤激光器7,第二非球面准直透镜调整架8,第二非球面准直透镜9,聚焦透镜11,聚焦透镜固定架12,光栅13,调节架动板14,调节架压电陶瓷15,微调螺钉16,调节架定板17,第一半波片19,第二半波片21。
所述光栅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的第一光纤激光器2发出的激光光束,经过焦距为4mm,数值孔径为0.6的第一非球面准直透镜4准直后,以0°入射角入射到聚焦透镜上,功率5000W波长为1010nm的第二光纤激光器7发出的激光光束,经过焦距为4mm,数值孔径为0.6的第二非球面准直透镜9准直后,以0°入射角入射到聚焦透镜11上,第一光束5和第二光束10经过聚焦透镜11后,聚焦在刻线密度为2400g/mm、刻线面积大小为100mmX100mm、厚度为60mm的掠衍射光栅13上,以同样的45°衍射角一级衍射10即为合成的单光束。合成单光束形成的光斑的大小,比采用反射型衍射光栅的光斑小,大约小一个数量级至两个数量级。
第一光纤激光器2和第二光纤激光器7采用温度传感器和第一热沉1、第二热沉6实现温度控制。该衍射光栅13可通过压电陶瓷15的方法作慢速大范围粗调,而通过驱动光栅13的PZT,实现扫描。通过微调螺钉16改变角度。在改变角度的过程中,固定在调节架动板14上的光栅13随着动板14一起旋转,实现单光束输出。压电陶瓷15粘在调节架动板14上。
第一非球面准直透镜调整架3和第二非球面准直透镜调整架8用于固定非球面镜及激光束准直的调整,光栅13通过热沉固定在调节架动板14上,调节架动板14可通过定板17上的微调螺钉调整,调节架定板17,第一热沉1、第二热沉6,第一非球面准直透镜调整架3和第二非球面准直透镜调整架8,聚焦透镜固定架12均被固定在底板上。
增加光纤激光器的个数,能得出更多激光的合成,其功率可实现更高,最高功率受限于定制光栅的损伤阈值。
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,聚焦透镜焦距可选用其他焦距数值。
Claims (2)
1.一种基于掠衍射光栅的大功率光谱合成方法,其特征在于:包括如下步骤:
步骤一,选择一个多光束激光源和一个宽半径的聚焦透镜;多光束激光源位于聚焦透镜的焦点处,多光束激光源发出多束激光束,激光光束互相平行,且都位于聚焦透镜中心光轴的同一侧,而不能同时分布于中心光轴的两侧;
步骤二,从光源射出的每一束激光均依次通过一个准直透镜、一个半波片后,穿过聚焦透镜;
步骤三,放置光栅位于聚焦透镜的另一侧焦点处,聚焦透镜的中心光轴穿过光栅中心;光栅与光轴之间有夹角;
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;
步骤四,根据衍射方程的一级衍射条件:
d(sinαi-sinβi)=λi (1)
其中d是光栅的刻线间距,λi为激光源发出的第i束激光束波长,αi为第i束激光束到光栅的入射角度,βi为第i束激光束经光栅后的衍射角度;i=2,3,4,...,n,n为激光束的总数;
选择入射激光束的波长,使得入射光束的入射角度αi不同,而衍射角度βi相同;
步骤五,多光束激光源按照步骤四选定的激光束波长发射激光束,透过准直透镜、半波片,聚焦透镜后,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同样的衍射角一级衍射输出,实现了激光的合束。
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谱合成方法,其特征在于:合成单光束达10000W以上。
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