CN104730717B - 一种同波长脉冲激光束功率合成装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种同波长脉冲激光光束功率合成装置，该装置中一路激光光束经过可调镜和两个传输镜到合成分光组合镜；另一路激光光束经过可调镜和传输镜同样进入合成分光组合镜；合成分光组合镜是一个带有轻薄圆盘的电机控制系统，用圆柱销将轴套、螺母及圆盘固定在高速电机的电机轴上，高速电机和光电二极管固定在底座上，工作时电机轴带动圆盘高速旋转而高速电机和光电二极管不动。在圆盘上开有若干偶数个轴对称圆孔，在圆孔上分别装有镀制高反射率和高透射率的平面镜，其中镀制高反射率膜系的平面镜与镀制高透射率膜系的平面镜交叉排列。本发明具有良好的稳定性，适用于静态、准静态以及动态条件下的多路脉冲激光光束稳定合成。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于多路同波长脉冲激光束高精度高效率合成装置，属于光学机械工程领域。
背景技术
激光在各个领域的应用越来越广泛，但是对输出的光束功率、成像质量、以及生产成本的要求也就提出了更高的要求。就单台激光光束来讲，要想既把输出功率做得很大又要保证高精度的光学质量非常困难，输出功率越大，其成像质量越差，由此有必要对多台激光光束进行合成。
对多路激光合成可分为同波长的激光合成和不同波长的激光合成，对于多路同一波长的光束合成又分为相干合成和非相干合成，这里只对非相干脉冲激光合成进行设计。对于N路同一波长的非相干脉冲激光光束合成后其光束能量密度最大可达原来的N倍。至今为止，国内外可查到的资料是专利号ZL201210152113.4只能对不同波长的激光进行非相干合成，因此，发明一种能够实时闭环控制的大功率高精度同波长脉冲激光光束合成装置非常必要。
发明内容
本发明要解决得技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种能够实时闭环控制的大功率高精度同波长脉冲激光光束合成装置，以满足现代激光领域的要求。其系统具有良好的稳定性，适用于静态、准静态以及动态条件下的多路脉冲激光光束稳定合成。
本发明解决其技术问题所采用的解决方案：一种同波长脉冲激光光束功率合成装置，它包括：第一可调镜，第一传输镜，第二传输镜，合成分光组合镜，第二可调镜，第三传输镜，聚焦系统，目标，第一激光器，第二激光器；第一激光器发出的第一激光光束经过第一可调镜和第一传输镜，第二传输镜到合成分光组合镜，第二激光器发出的第二激光光束经过第二可调镜和第三传输镜进入合成分光组合镜，第一激光器发出的激光光束的大部分能量作为主光束经过合成分光组合镜反射出去，极小部分能量作为测量光束经过合成分光组合镜透射进入合成传感器；第二激光器发出的激光光束的大部分能量作为主光束经过合成分光组合镜透射出去，极小部分能量作为测量光束经过合成分光组合镜反射进入合成传感器。
其中，合成分光组合镜是一个带有轻薄圆盘的电机控制系统，利用轴套、圆柱销、螺母将圆盘固定在高速电机的轴上，高速电机和光电二极管固定在底座上，工作时电机轴带动圆盘转动而高速电机和光电二极管以及底座不动。
其中，在圆盘上开有若干偶数个轴对称圆孔，在圆孔上分别装有镀制高反射率膜系平面反射镜和高透射率膜系的平面透射镜，其中奇数位置的平面镜是镀制高反射率膜系的平面镜，偶数位置的平面镜是镀制高透射率膜系的平面镜；第一激光器发出的第一束激光经过镀有高反射率膜系平面反射镜后，99.9％以上的光进入了聚焦系统，并作用于目标上；极少部分透射光作为测量光束进入合成器，作为光束指向探测的信号；第二激光器发出的第二束激光经过镀有高透射率膜系平面透射镜后，99.5％以上的光进入了聚焦系统，并作用于目标上；极少部分反射光作为测量光束进入合成器，作为光束指向探测的信号。
其中，在圆盘上开有若干偶数个轴对称圆孔，若干偶数个轴对称圆孔如具体为6个圆孔，其中第一平面反射镜、第三平面反射镜、第五平面反射镜是镀制高反射率膜系的平面反射镜，第二平面透射镜、第四平面透射镜、第六平面透射镜是镀制高透射率膜系的平面透射镜，第一激光器的第一束激光经过镀有高反射率膜系第一平面反射镜、第三平面反射镜、第五平面反射镜后，99.9％以上的光进入了聚焦系统，并作用于目标上；极少部分透射光作为测量光束进入合成器，作为光束指向探测的信号；第二激光器的第二束激光经过镀有高透射率膜系第二平面透射镜、第四平面透射镜、第六平面透射镜后，99.5％以上的光进入了聚焦系统，并作用于目标上；极少部分反射光作为测量光束进入合成器，作为光束指向探测的信号。
其中，在圆盘上开有位置小孔，将光电二极管固定在小孔的两侧，通过光电二极管形成的光电信号被分成两路，一路直接触发第一激光器发射激光脉冲，此激光脉冲通过第一平面反射镜、第三平面反射镜、第五平面反射镜镀制高反射率膜系的平面反射镜；另外一路光电信号通过延时器触发第二激光器发射激光脉冲，此激光脉冲通过第二平面透射镜、第四平面透射镜、第六平面透射镜镀制高透射率膜系的平面透射镜。
其中，第一激光器与第二激光器发射的激光是脉冲激光光束。
其中，根据需要可以对所述合成系统的合成路数进行扩展，扩展后对于N路同一波长的非相干光束合成后其光束能量密度最大可达原来的N倍。
本发明的原理在于：
一种光束稳定闭环控制的大功率高精度同波长脉冲激光光束装置，包括激光器入射光束、光束传输合成系统、以及光束稳定控制系统，由于光束稳定控制系统已在另外专利中受到保护，这里仅对光束多路传输合成系统的功能进行阐述。以两路合成为例光束传输系统它包括：第一可调镜1-1，第二可调镜1-5，第一传输镜1-2，第二传输镜1-3，第三传输镜1-6，合成分光组合镜1-4，聚焦系统1-7，目标1-8，第一激光器1-9，第二激光器1-10。第一激光器1-9发出的光束经过第一可调镜1-1和第一传输镜1-2，第二传输镜1-3到合成分光组合镜1-4。第二激光器1-10发出的光束经过第二可调镜1-5和第三传输镜1-6进入合成分光组合镜1-4。第一激光器1-9发出的光束大部分能量作为主光束合成分光组合镜1-4反射出去，极小部分能量作为测量光束经过合成分光组合镜1-4透射进入合成传感器1-11；第二激光器1-10发出的光束大部分能量作为主光束经过合成分光组合镜1-4透射出去，极小部分能量作为测量光束经过合成分光组合镜1-4反射进入合成传感器1-11；所述的合成分光组合镜1-4是一个带有轻薄圆盘的电机控制系统，利用轴套2-3、圆柱销2-7、螺母2-2将圆盘2-1固定在高速电机2-4的轴上，高速电机2-4和光电二极管2-6固定在底座2-5上，工作时电机轴带动圆盘2-1转动而高速电机2-4和光电二极管2-6以及底座2-5不动；在圆盘2-1上开有若干偶数个轴对称圆孔，以6个圆孔为例。在6个圆孔上分别装有镀制高反射率和高透射率的平面镜，其中3-1、3-3、3-5是镀制高反射率膜系的平面反射镜，3-2、3-4、3-6是镀制高透射率膜系的平面透射镜且镀制高反射率膜系的平面反射镜与镀制高透射率膜系的平面透射镜交叉排列，即排列顺序为一个高反射率平面镜，一个高透射率的平面镜，以后依次按这样的顺序排列。第一激光器1-9发出的第一束光经过反射镜3-1、反射镜3-3、反射镜3-5反射后，99.9％以上的光进入了聚焦系统1-7，并作用于目标1-8上；极少部分透射光作为测量光束进入合成器1-11，作为光束指向探测的信号。第二激光器1-10发出的第二束光经过透射镜3-2、透射镜3-4、透射镜3-6后，99.5％以上的光进入了聚焦系统1-7，并作用于目标1-8上；极少部分反射光作为测量光束进入合成器1-11，作为光束指向探测的信号。在圆盘上开有位置小孔，将光电二极管2-6固定在小孔的两侧，光电二极管2-6形成的光电信号被分成两路,一路直接触发激光器1-9发射激光脉冲,此激光脉冲通过反射镜3-1、反射镜3-3、反射镜3-5；另外一路光电信号通过延时器触发激光器1-10发射激光脉冲,此激光脉冲通过透射镜3-2、透射镜3-4、透射镜3-6。此时这两路激光脉冲分别通过合成分光组合镜1-4上的高反射镜和高透射镜合成后对接反射聚焦系统作用于目标上。通过光电二极管2-6信号来控制第一束激光脉冲1-9和第二束激光脉冲1-10通过。
本发明与现有的技术相比具有以下优点：
1、本发明可以对同波长的脉冲激光束进行合成，同波长的脉冲激光光束经过传输，在合成分光组合镜上进行合成，并在光束稳定控制系统闭环控制下以较高的精度合成以后，传输出去。
2、本发明所采用的合成分光组合镜与现有的合成镜相比具有结构简单，成本低廉，用机械零件与简单的光学零件取代了价格昂贵且技术与精度都要求非常高的光学镀膜零件。
3、本发明可以在两路脉冲激光光束合成的基础上进行扩展，通过增加同波长入射激光光束、传输镜、可调镜、合成分光组合镜中的圆盘结构，使更多路数的脉冲激光光束实现光束合成。
4.本发明可以确保多路脉冲激光光束具有较高光束合成精度的同时，具有较高的传输效率，且传输效率不受多路光束的影响。
附图说明：
图1为同波长脉冲激光光束功率合成系统结构图；
图2为合成分光组合镜结构示意图；
图3为圆盘上的反射镜与透射镜排列示意图；
图4为两路脉冲激光功率合成时序图；
图5为两路脉冲激光触发时序图。
图中：1-1为第一可调镜，1-2为第一传输镜,1-3为第二传输镜,1-4为合成分光组合镜，1-5为第二可调镜，1-6为第三传输镜，1-7为聚焦系统，1-8为目标，1-9为第一激光，1-10为第二激光。
2-1为圆盘，2-2为螺母，2-3为轴套，2-4为高速电机，2-5为底座，2-6为光电二极管，2-7为圆柱销。
3-1为第一平面反射镜，3-2为第一平面透射镜，3-3为第二平面反射镜，3-4为第二平面透射镜，3-5为第三平面反射镜，3-6为第三平面透射镜。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式对本发明进行详细说明。
如图1所示第一激光器1-9发出的第一束光经过第一可调镜1-1和第一传输镜1-2，第二传输镜1-3到合成分光组合镜1-4。第二激光器1-10发出的第二束光经过第二可调镜1-5和第三传输镜1-6进入合成分光组合镜1-4。第一束光的大部分能量作为主光束经过合成分光组合镜1-4反射出去，极小部分能量作为测量光束经过合成分光组合镜1-4透射进入合成传感器1-11；第二束光的大部分能量作为主光束经过合成分光组合镜1-4透射出去，极小部分能量作为测量光束经过合成分光组合镜1-4反射进入合成传感器1-11。两路主光束合成后对接反射聚焦系统1-7作用于目标1-8上。
如图2所示合成分光组合镜1-4是一个带有轻薄圆盘的电机控制系统，利用轴套2-3、圆柱销2-7、螺母2-2将圆盘2-1固定在高速电机2-4的轴上，高速电机2-4和光电二极管2-6固定在底座2-5上，工作时电机轴带动圆盘2-1转动而高速电机2-4和光电二极管2-6以及底座2-5不动；
如图3所示在圆盘2-1上开有若干偶数个轴对称圆孔，以6个圆孔为例。在6个圆孔上分别装有镀制高反射率和高透射率的平面镜，其中第一平面反射镜3-1、第二平面反射镜3-3、第三平面反射镜3-5是镀制高反射率膜系的平面镜，第一平面透射镜3-2、第二平面透射镜3-4、第三平面透射镜3-6是镀制高透射率膜系的平面镜。第一激光器1-9发出的第一束光经过第一平面反射镜3-1、第二平面反射镜3-3、第三平面反射镜3-5后，99.9％以上的光进入了聚焦系统1-7，并作用于目标1-8上；极少部分透射光作为测量光束进入合成器1-11，作为光束指向探测的信号。第二激光器1-10发出的第二束光经过第一平面透射镜3-2、第二平面透射镜3-4、第三平面透射镜3-6后，99.5％以上的光进入了聚焦系统1-7，并作用于目标1-8上；极少部分反射光作为测量光束进入合成器1-11，作为光束指向探测的信号。在圆盘上开有位置小孔，将光电二极管2-6固定在小孔的两侧，光电二极管2-6形成的光电信号被分成两路,一路直接触发第一激光器1-9发射激光脉冲，此激光脉冲通过第一平面反射镜3-1、第二平面反射镜3-3、第三平面反射镜3-5；另外一路光电信号通过延时器触发第二激光器1-10发射激光脉冲，此激光脉冲通过第一平面透射镜3-2、第二平面透射镜3-4、第三平面透射镜3-6。此时这两路激光脉冲分别通过合成分光组合镜1-4上的高反射镜和高透射镜合成后对接反射聚焦系统作用于目标上如图4所示，通过光电二极管2-6信号来控制第一激光器1-9的第一束激光脉冲和第二激光器1-10的第二束激光脉冲通过如图5所示。
Claims (1)
1.一种同波长脉冲激光光束功率合成装置，它包括：第一可调镜(1-1)，第一传输镜(1-2)，第二传输镜(1-3)，合成分光组合镜(1-4)，第二可调镜(1-5)，第三传输镜(1-6)，聚焦系统(1-7)，目标(1-8)，第一激光器(1-9)，第二激光器(1-10)；其特征在于：第一激光器(1-9)发出的激光光束经过第一可调镜(1-1)和第一传输镜(1-2)、第二传输镜(1-3)到合成分光组合镜(1-4)，第二激光器(1-10)发出的激光光束经过第二可调镜(1-5)和第三传输镜(1-6)进入合成分光组合镜(1-4)，第一激光器(1-9)发出的第一激光光束，第一激光光束的大部分能量作为主光束经过合成分光组合镜(1-4)反射出去，极小部分能量作为测量光束经过合成分光组合镜(1-4)透射进入合成传感器；第二激光器(1-10)发出的第二激光光束的大部分能量作为主光束经过合成分光组合镜(1-4)透射出去，极小部分能量作为测量光束经过合成分光组合镜(1-4)反射进入合成传感器；
合成分光组合镜(1-4)是一个带有轻薄圆盘的电机控制系统，利用轴套(2-3)、圆柱销(2-7)、螺母(2-2)将圆盘(2-1)固定在高速电机(2-4)的轴上，高速电机(2-4)和光电二极管(2-6)固定在底座(2-5)上，工作时电机轴带动圆盘(2-1)转动而高速电机(2-4)和光电二极管(2-6)以及底座(2-5)不动；
在圆盘(2-1)上开有若干偶数个轴对称圆孔，在圆孔上分别装有镀制高反射率膜系平面反射镜和高透射率膜系的平面透射镜，其中奇数位置的平面镜是镀制高反射率膜系的平面镜，偶数位置的平面镜是镀制高透射率膜系的平面镜；第一激光器(1-9)发出的第一束激光经过镀有高反射率膜系平面反射镜后，99.9％以上的光进入了聚焦系统(1-7)，并作用于目标(1-8)上；极少部分透射光作为测量光束进入合成传感器，作为光束指向探测的信号；第二激光器(1-10)发出的第二束激光经过镀有高透射率膜系平面透射镜后，99.5％以上的光进入了聚焦系统(1-7)，并作用于目标(1-8)上；极少部分反射光作为测量光束进入合成传感器，作为光束指向探测的信号；
在圆盘(2-1)上开有若干偶数个轴对称圆孔，若干偶数个轴对称圆孔具体为6个圆孔，其中第一平面反射镜(3-1)、第二平面反射镜(3-3)、第三平面反射镜(3-5)是镀制高反射率膜系的平面反射镜，第一平面透射镜(3-2)、第二平面透射镜(3-4)、第三平面透射镜(3-6)是镀制高透射率膜系的平面透射镜，第一激光器(1-9)的第一束激光经过镀有高反射率膜系第一平面反射镜(3-1)、第三平面反射镜(3-3)、第五平面反射镜(3-5)后，99.9％以上的光进入了聚焦系统(1-7)，并作用于目标(1-8)上；极少部分透射光作为测量光束进入合成传感器，作为光束指向探测的信号；第二激光器(1-10)的第二束激光经过镀有高透射率膜系第一平面透射镜(3-2)、第二平面透射镜(3-4)、第三平面透射镜(3-6)后，99.5％以上的光进入了聚焦系统(1-7)，并作用于目标(1-8)上；极少部分反射光作为测量光束进入合成传感器，作为光束指向探测的信号；
在圆盘上开有位置小孔，将光电二极管(2-6)固定在小孔的两侧，通过光电二极管(2-6)形成的光电信号被分成两路，一路直接触发第一激光器(1-9)发射激光脉冲，此激光脉冲通过第一平面反射镜(3-1)、第二平面反射镜(3-3)、第三平面反射镜(3-5)镀制高反射率膜系的平面反射镜；另外一路光电信号通过延时器触发第二激光器(1-10)发射激光脉冲，此激光脉冲通过第一平面透射镜(3-2)、第二平面透射镜(3-4)、第三平面透射镜(3-6)镀制高透射率膜系的平面透射镜，第一激光器(1-9)与第二激光器(1-10)发射的激光是脉冲激光光束；
根据需要能够对所述合成装置的合成路数进行扩展，扩展后对于N路同一波长的非相干光束合成后其光束能量密度最大可达原来的N倍。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |