CN104808351B - 一种共孔径混合光束合成系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种共孔径混合光束合成系统，该系统是基于偏振相关型双色镜和偏振合束器的共孔径混合光束合成系统，其利用偏振相关型双色镜对s光和p光透射‑反射谱存在一定差别，通过合理设计镀膜结构，分别利用偏振相关型双色镜的s光和p光的透射‑反射谱，设计两级光谱合成结构，有效的拓展了系统的合成路数。本发明解决了采用光栅进行合束时谱线展宽引起的合成效率降低或光束质量退化的问题，弥补采用单纯双色镜进行光谱合成时路数拓展受限等不足，实现多链路的共孔径光束合成。

Description

一种共孔径混合光束合成系统

技术领域

本发明属于强激光领域，特别是涉及基于偏振相关型双色镜和偏振合束器的共孔径混合光束合成系统。

背景技术

受限于热效应、非线性效应、高亮度泵浦技术等因素，单路激光的输出功率不可能无限提升。为了克服单路激光功率提升的瓶颈，国内外研究人员提出了光束合成技术，并且已经应用到气体激光、化学激光、半导体激光、全固态激光等领域。

目前，从合成方式上，光束合成技术大体可以分为三种：相干合成、非相干合成和光谱合成；从合成形式上，光束合成技术可以分为分孔径合成(分孔径相干合成、非相干合成)和共孔径合成(共孔径相干合成、光谱合成)两种形式。综合而言，相干合成技术(分孔径、共孔径相干合成技术)对单路光束特性(线宽、偏振、功率一致型、波前分布等)的要求要比非相干合成和光谱合成严格，且相干合成技术需要复杂的主动锁相或被动锁相过程，因此其系统结构相对复杂、实现难度相对较大。此外，从系统稳定性而言，非相干合成和光谱合成的系统稳定性优于相干合成。然而，与非相干合成相比，光谱合成又体现出一些特有的优势。具体而言，非相干合成技术从理论上只能提升整个系统的输出功率，而无法提升系统的亮度，而光谱合成技术在提升系统输出功率的同时，整个系统的亮度也会随之提升。因此，从合成系统的亮度提升能力、实现方式的复杂性、稳定性等各方面综合考虑，光谱合成技术具有其独特的优势。实际上，随着光栅等色散元件设计制作工艺的不断提升，光谱合成作为一种重要的共孔径合成方式，目前已经得到了迅猛的发展。以光纤激光光谱合成的发展历程为例：从2006年至2014年，光纤激光光谱合成已经实现了从十瓦级到万瓦级的飞跃。值得注意的是：目前高功率的光谱合成系统大都基于光栅(体布拉格光栅或电解质光栅)进行光谱合成。由于光栅本身对入射光束波长具有一定的要求，因此，基于光栅的光谱合成系统对单路光源的谱宽要求相对较高，限制了其应用范围。具体而言，对于电介质光栅，由于入射激光波长需要满足光栅衍射方程，因此，单路光源的谱线展宽会导致光束质量的退化^]。而对于体布拉格光栅而言，由于入射的激光波长需要满足布拉格条件，因此，单路光源谱线的展宽会导致合成效率的降低；与光栅相比，采用双色镜进行光谱合成时，由于没有采用光栅进行光谱合成理论上的局限性，因此，通过合理的镀膜设计，谱线的适当展宽并不会引起合成效率的降低和光束质量的退化。然而，完全采用双色镜进行光谱合成，谱线展宽必然会导致可合成路数的减少。此外，对于双色镜本身而言，要想实现完全的偏振非相关(即s光和p光的反射-透射谱完全一致),在工程实现上具有很大的难度。

发明内容

针对现有技术采用光栅和双色镜进行光谱合成的不足，本发明的目的是提供一种共孔径混合光束合成系统，以解决采用光栅进行合束时谱线展宽引起的合成效率降低或光束质量退化，弥补采用单纯双色镜进行光谱合成时路数拓展受限等不足，实现多链路的共孔径光束合成。

一种共孔径混合光束合成系统，该系统是基于偏振相关型双色镜和偏振合束器的共孔径混合光束合成系统，首先对本发明所用关键器件特性进行说明：

本发明中：设所采用的偏振相关型双色镜对s光和p光的透射谱如附图1所示；其中，通过镀膜设计，将s光的透射谱范围设计到λ₃～λ₆，将p光的透射谱设计到λ₁～λ₇；考虑到实际镀膜的不理想，设p光透射谱短波的下降沿为λ₂-λ₁，其长波的下降沿为λ₇-λ₅，同理，设s光透射谱短波的下降沿为λ₄-λ₃，其长波的下降沿为λ₆-λ₅。设s光和p光的透射谱分布为T，若不考虑镀膜和基质材料本身的吸收，则s光和p光的反射谱分布(用R表示)为R＝1-T；值得注意的两个核心问题是：(1)在本发明中，s光和p光的反射-透射谱不是完全重叠的；具体而言，其透射谱在λ₄～λ₅之间完全重叠，反射谱在λ₀～λ₁、λ₇～λ₈之间完全重叠；这种偏振相关型双色镜的膜系设计大大降低了完全偏振非相关双色镜的镀膜设计难度和加工制作难题；此外，与光栅光谱合成和偏振非相关双色镜光谱合成相比，这种膜系设计大大降低了对入射光束角度的严格要求；在本发明的具体实施方式部分，会详细说明如何利用s光和p光膜系之间的差别拓展合成路数；(2)对于偏振相关型双色镜而言，其透射-反射谱的整体分布会随着入射角度的变化沿长波或短波方向移动，这种特性是实现多路光谱合成的基础。

本发明中偏振合束器的中心波长和带宽选择根据参与偏振合成的两路激光的光谱分布决定；就目前技术水平而言，偏振合束器的带宽可以达到80-100nm，完全能够满足本发明技术方案的需求；

本发明中所用偏振合束器的形状不限，可以是片状结构，也可以是立方结构；偏振合束器的材料有多种选择，可以是熔石英材料、K9材料、钒酸钇、方解石、偏硼酸钡等不同晶体材料；本发明中偏振相关型双色镜的材料有多种选择，可以是熔石英、K9材料等。

本发明一种共孔径混合光束合成系统，该系统是基于偏振相关型双色镜和偏振合束器的共孔径混合光束合成系统，该系统包括四种实现方案。下面对四种实现方案详细叙述：

技术方案一：

一种共孔径混合光束合成系统，该系统是基于偏振相关型双色镜和偏振合束器的共孔径混合光束合成系统，该系统首先基于偏振合束器进行偏振合成，再利用偏振相关型双色镜进行谱合成的共孔径混合光束合成，该系统包括偏振合成阵列模块和光谱合成模块；

所述的偏振合成阵列模块包括N个偏振合成子模块；每个偏振合成子模块中包含两路偏振态分别为s偏振和p偏振且两偏振方向垂直的光束和一个偏振合束器；N个偏振合成子模块分别对应于N个不同中心波长的激光L_1i，其中i＝1、2…N；

所述的光谱合成模块包括N-1个偏振相关型双色镜和若干个全反镜组合件，全反镜组合件的个数根据具体光轴调节所需确定；N-1个偏振相关型双色镜实现对偏振合成阵列模块1输出的N束不同中心波长激光的光谱合成；偏振相关型双色镜对s光和p光的反射-透射谱根据偏振合成阵列模块1输出的N路光束的中心波长和入射角度确定；全反镜组合件用来调节各个不同波长激光注入到相应偏振相关型双色镜上的角度，完成高效的光谱合成；

参与整个合成的激光光源包括N路偏振态为s偏振、中心波长分别为L_1i的激光光源，N路偏振态为p偏振、中心波长分别为L_1i的激光光源；偏振合成阵列模块1包括N个偏振合成子模块，分别对应于N个不同中心波长的激光L_1i；对于任意一个偏振合成子模块，通过一个偏振合束器将两路偏振方向分别为s偏振和p偏振的光束合成为一束激光；这样，由N个偏振合成子模块构成的偏振合成阵列模块首先对2N路光束实现了偏振合成；经过偏振合成后，各个偏振合成子模块输出激光的偏振态为s+p的混合态；经过偏振合成阵列模块后，根据N路偏振合成后激光的光谱分布，设计不同入射角度下偏振相关型双色镜的透射-反射谱；利用全反镜组合件对N路激光注入到相应偏振相关型双色镜上的角度进行调节，采用N-1个不同角度分布的偏振相关型双色镜，完成对N路偏振合成后激光的光谱合成，最终将2N路光束合成为一束激光输出。

技术方案二：

一种共孔径混合光束合成系统，该系统是基于偏振相关型双色镜和偏振合束器的共孔径混合光束合成系统，该系统首先基于多个偏振相关型双色镜进行光谱合成，再利用偏振合束器进行偏振合成，系统包括一级光谱合成模块、偏振态旋转模块、二级光谱合成模块、全反镜组合件、偏振旋转器和偏振合束器；

一级光谱合成模块包含两个一级光谱合成子模块；第一一级光谱合成子模块包含M个光谱合成子系统，第二一级光谱合成子模块包含K个光谱合成子系统；每个光谱合成子系统中均包含X路不同中心波长的s偏振激光，这样，对于整个合成系统而言，参与合成的总激光路数H＝M×X+K×X；H路s偏振激光的中心波长选择根据偏振相关型双色镜的透射-反射谱确定；对于每一个光谱合成子系统，通过利用偏振相关型双色镜的s光透射-反射谱，完成一级光谱合成；

经过一级光谱合成模块后，H路s偏振的激光光束合成为M+K路s偏振的激光束；通过偏振态旋转模块对各路光束的偏振态进行调整，将M+K路s偏振的激光转变为M+K路p偏振的激光；所述的偏振态旋转模块包括两个偏振旋转子模块，第一偏振旋转子模块和第二偏振旋转子模块；对于两个偏振旋转子模块，又分别包含M个和K个偏振旋转器，第一偏振旋转子模块对第一一级光谱合成子模块输出的M路光束的偏振态进行调整，第二偏振旋转子模块对第二一级光谱合成子模块输出的M路光束的偏振态进行调整；

二级光谱合成模块包括第一二级光谱合成子模块和第二二级光谱合成子模块；经过偏振转换后，M+K路p偏振的激光分别注入到第一二级光谱合成子模块和第二二级光谱合成子模块；第一二级光谱合成子模块和第二二级光谱合成子模块分别包括M-1和K-1个偏振相关型双色镜和若干个全反镜组合件；根据M+K路p偏振激光的光谱分布，设计不同入射角度下双色镜对p光的透射-反射谱；利用全反镜组合件分别对M路和K路激光注入到相应双色镜上的角度进行调节，分别采用M-1和K-1个不同角度分布的偏振相关型双色镜，通过利用M-1和K-1个偏振型双色镜p光的透射-反射谱,完成对M+K路p偏振激光的光谱合成，最终将M+K路光束合成为两路p偏振的激光光束输出；

经过第一二级光谱合成子模块后，合成后的p偏振激光经过全反镜组合件后入射到偏振旋转器；偏振旋转器将p偏振光束转变为s偏振光束注入到偏振合束器进行偏振合成；经过第二二级光谱合成子模块后的p偏振光束直接注入到偏振合束器进行偏振合成，最终将H路s偏振的激光光束合成为一路s+p偏振混合态的激光输出。

技术方案三：

一种共孔径混合光束合成系统，其特征在于：该系统是基于偏振相关型双色镜和偏振合束器的共孔径混合光束合成系统，整个系统包括混合合成模块阵列和光谱合成模块；

所述的混合合成模块阵列包括P个共孔径混合光束合成子模块；每个共孔径混合光束合成子模块的结构和实现方式如技术方案二所述；

所述的光谱合成模块包括P-1个偏振相关型双色镜和若干个全反镜组合件，全反镜组合件的个数根据具体光轴调节所需确定；P-1个双色镜实现对混合合成模块阵列输出的P路不同光谱分布激光的光谱合成；双色镜对s光和p光的反射-透射谱根据混合合成模块阵列输出的P路光束的光谱分布和入射角度确定；全反镜组合件用来调节各个不同光谱分布激光注入到相应双色镜上的角度，实现高效率的光谱合成；

设混合合成模块阵列的每个共孔径混合光束合成子模块中包含J路光谱分布各不相同的s偏振激光，则整个系统的合成路数I＝J×P；对于每个共孔径混合光束合成子模块，首先基于多个偏振相关型双色镜进行光谱合成，再利用偏振合束器进行偏振合成，将参与合成的I路光谱分布各不相同的s偏振激光合成为光谱分布不同的P路s+p偏振混合态激光束；经过混合合成模块阵列后，P路合成后的s+p偏振混合态激光束注入到光谱合成模块；根据P路混合合成后激光的光谱分布，设计不同入射角度下偏振相关型双色镜的透射-反射谱；利用全反镜组合件对P路激光注入到相应双色镜上的角度进行精确调节，采用P-1个不同角度分布的双色镜，完成对P路混合合成模块阵列1输出激光的光谱合成，最终将I路光束合成为一束激光输出。

技术方案四：

一种共孔径混合光束合成系统，该系统是基于偏振相关型双色镜和偏振合束器的共孔径混合光束合成系统，整个系统包括混合合成模块一，混合合成模块二阵列和光谱合成模块；

所述的混合合成模块一的结构和实现方式如技术方案一所述；

所述的混合合成模块二阵列包含G个混合合成子模块，每个混合合成子模块的结构和实现方式如技术方案二所述；

所述的光谱合成模块包括G个偏振相关型双色镜和若干个全反镜组合件；G个双色镜实现对混合合成模块一和混合合成模块二阵列输出的G+1束不同光谱分布激光的光谱合成；双色镜对s光和p光的反射-透射谱根据混合合成模块一和混合合成模块二阵列输出光束的光谱分布和入射角度确定；全反镜组合件用来调节各个不同光谱分布激光注入到对应双色镜上的角度，实现高效率的共孔径合成；

设混合合成模块一包含2×Q路线偏振激光，其中：Q路激光为s偏振，Q路激光为p偏振；混合合成模块二阵列包含G个混合合成子模块，设每个混合合成子模块中包含Y路光谱分布各不相同的s偏振激光，则整个系统的合成路数E＝2×Q+G×Y；对于混合合成模块一，首先采用Q个偏振合束器进行偏振合成，将2×Q路光束合成为Q路光束，再利用Q-1个偏振相关型双色镜进行谱合成，将Q路光束合成为一束激光输出；对于混合合成模块二阵列的每个混合合成子模块，首先基于多个偏振相关型双色镜进行光谱合成，再利用偏振合束器进行偏振合成，将参与合成的G×Y路光谱分布各不相同的s偏振激光合成为光谱分布不同的G路s+p偏振混合态激光输出；经过混合合成模块二阵列后，G路s+p偏振混合态激光束注入到光谱合成模块，与混合合成模块一合成后的光束在光谱合成模块上进行合成；根据G+1路混合合成后激光的光谱分布，设计不同入射角度下双色镜的透射-反射谱；利用全反镜组合件对G+1路激光注入到相应双色镜上的角度进行精确调节，采用G个不同角度分布的双色镜，完成对G+1路混合合成激光的光谱合成，最终将E路光束合成为一束激光输出。

本发明的有益技术效果：

1、本发明提供了四种基于偏振相关型双色镜和偏振合束器的共孔径混合光束合成系统；与传统基于光栅进行光谱合成相比，本发明提供的共孔径合成方法采用偏振相关型双色镜，避免了谱线展宽引起的合成效率降低和光束质量退化；

2、与基于完全采用偏振非相关型(即s光和p光的反射-透射谱完全一致)双色镜进行光谱合成相比，本发明提供的四种共孔径合成系统采用偏振相关型双色镜，大大降低了实际工程中双色镜的制作难度；

3、考虑到单纯采用双色镜进行光谱合成其可合成路数会在一定程度上受限，本发明设计的四种共孔径合成系统基于偏振相关型双色镜和偏振合束器进行混合光束合成，有效的拓展了可合成的路数；

4、在偏振相关型双色镜的设计方面，本发明提供的技术方案中偏振相关型双色镜对s光和p光透射-反射谱存在一定差别，通过合理设计镀膜结构，分别利用偏振相关型双色镜的s光和p光的透射-反射谱，设计两级光谱合成结构，有效的拓展了系统的合成路数；

5、本发明提供的四种共孔径合成系统适用范围广泛，可以用于不同类型的激光器或放大器，如气体激光、化学激光、半导体激光、全固态激光等；

6、本发明提供的四路共孔径合成系统对参与合成激光的时域特性没有具体要求，可以是连续激光、脉冲激光或准连续激光等；

7、本发明提供的四种共孔径合成系统具备向多链路拓展的能力。

附图说明

图1为本发明设计的偏振相关型双色镜对s光和p光的透射谱结构图。

图2为技术解决方案一的实现过程简图。

图3为技术解决方案二的实现过程简图。

图4为技术解决方案三的实现过程简图。

图5为技术解决方案四的实现过程简图。

图6为技术解决方案一的具体实现过程示意图(以六路光束合成为例)。

图7为技术解决方案二的具体实现过程示意图(以16路光束合成为例)。

图8为技术解决方案三的具体实现过程示意图(以32路光束合成为例)。

图9为技术解决方案四的具体实现过程示意图(以20路光束合成为例)。

图2中包含：偏振合成阵列模块1(包括11、12、……1N共N个偏振合成子模块)和光谱合成模块2。

图3中包含：一级光谱合成模块1、偏振态旋转模块2、二级光谱合成模块3、全反镜组合件组合4、偏振旋转器5、偏振合束器6；一级光谱合成模块1包括两个一级光谱合成子模块11和12；对于合成子模块11和12，又分别包含M个(111、112.....11M)和K个(121、122.....12K)光谱合成子系统；偏振态旋转模块2包括两个偏振旋转子模块21和22；对于偏振旋转子模块21和22，又分别包含M个(211、212.....21M)和K个(221、222.....22K)偏振旋转器；二级光谱合成模块3包括两个二级光谱合成子模块31和32。

图4中包含：混合合成模块阵列1(包括11、12、……1P共P个子模块)和光谱合成模块2。

图5中包含：混合合成模块一1，混合合成模块二阵列2(包括21、22……2G共G个混合合成模块二)，光谱合成模块3。

图6中包含：偏振合成阵列模块1和光谱合成模块2；偏振合成阵列模块1包括11、12、13三个子模块，共包含111、121、131三路s偏振的激光，112、122、132三路p偏振的激光，113、123、133三个偏振合束器；光谱合成模块2中包含全反镜组合件组合21、23和偏振相关型双色镜22、24。

图7中包含：一级光谱合成模块1、偏振态旋转模块2、二级光谱合成模块3、全反镜组合件组合4、偏振旋转器5、偏振合束器6；一级光谱合成模块1包括两个一级光谱合成子模块11和12；对于合成子模块11和12，又分别包含111、112和121、122四个光谱合成子系统；光谱合成子系统111中包含1111、1112、1113、1114四路s偏振激光，偏振相关型双色镜1115、1116、1118，全反镜组合件组合1117；光谱合成子系统112中包含1121、1122、1123、1124四路s偏振激光，偏振相关型双色镜1125、1126、1128，全反镜组合件组合1127；光谱合成子系统121中包含1211、1212、1213、1214四路s偏振激光，偏振相关型双色镜1215、1216、1218，全反镜组合件组合1217；光谱合成子系统122中包含1221、1222、1223、1224四路s偏振激光，偏振相关型双色镜1225、1226、1228，全反镜组合件组合1227；偏振态旋转模块2包括两个偏振旋转子模块21和22；对于偏振旋转子模块21和22，又分别包含211、212和221、222四个偏振旋转器；二级光谱合成模块3包括两个二级光谱合成子模块31和32；31包含一个全反镜组合件组合311和一个偏振相关型双色镜312，32包含一个全反镜组合件组合321和一个偏振相关型双色镜322。

图8中包含：混合合成模块阵列1和光谱合成模块2。混合合成模块阵列1包含两个子模块11和12；子模块11中包含111、112、113.....1116共16路光谱分布各不相同的s偏振激光，1117、1118、1119、1120、1121、1122、1123、1124、1126、1128、1130、1132、1138、1140共14个偏振相关型双色镜，1125、1127、1129、1131、1137、1139、1141共7个全反镜组合件，1133、1134、1135、1136、1142共5个偏振旋转器，偏振合束器1143；子模块12中包含121、122、123.....1216共16路光谱分布各不相同的s偏振激光，1217、1218、1219、1220、1221、1222、1223、1224、1226、1228、1230、1232、1238、1240共14个偏振相关型双色镜，1225、1227、1229、1231、1237、1239、1241共7个全反镜组合件，1233、1234、1235、1236、1242共5个偏振旋转器，偏振合束器1243；光谱合成模块2中包含全反镜组合件21和偏振相关型双色镜22。

图9中包含：混合合成模块一1，混合合成模块二2，光谱合成模块3；混合合成模块一1包含11、12、13、14共四路线偏振激光，15、16共两个偏振合束器，全反镜组合件17，偏振相关型双色镜18；混合合成模块二2包含21、22、23……216共16路光谱分布各不相同的s偏振激光，217、218、219、220、221、222、223、224、226、228、230、232、238、240共14个偏振相关型双色镜、225、227、229、231、237、239、241共7个全反镜组合件、233、234、235、236、242共5个偏振旋转器，偏振合束器243；光谱合成模块3中包含全反镜组合件31和偏振相关型双色镜32。

具体实施方式

针对技术方案一，设偏振相关型双色镜其透射谱分布如附图1所示，p光透射谱的长波下降沿α＝λ₇-λ₅，则采用技术方案一能够实现的最多合成路数可以表示为：

其中：[]表示对其中的计算结果做取整处理。由公式(1)可得，通过精确的设计偏振相关型双色镜的镀膜结构，技术解决方案一能够实现多链路的共孔径混合光束合成。

参照附图2，详细介绍技术方案一提供的一种共孔径混合光束合成系统，其首先基于偏振合束器进行偏振合成，再利用偏振相关型双色镜进行谱合成的共孔径混合光束合成，整个系统包括：偏振合成阵列模块1和光谱合成模块2。

所述的偏振合成阵列模块1包括N个偏振合成子模块(11、12、……1N)；每个偏振合成子模块中包含两路偏振方向垂直(s偏振和p偏振)的光束和一个偏振合束器；N个偏振合成子模块分别对应于N个不同中心波长的激光L_1i(i＝1、2…N)；

所述的光谱合成模块2包括N-1个偏振相关型双色镜和若干个全反镜组合件，全反镜组合件的个数根据具体光轴调节所需确定；N-1个偏振相关型双色镜实现对偏振合成阵列模块1输出的N束不同中心波长激光的光谱合成；偏振相关型双色镜对s光和p光的反射-透射谱根据偏振合成阵列模块1输出的N路光束的中心波长和入射角度确定；全反镜组合件用来调节各个不同波长激光注入到相应双色镜上的角度，完成高效的光谱合成。

技术方案一的实现过程如下：

设参与整个合成的激光光源包括N路偏振态为s偏振、中心波长分别为L_1i(i＝1、2…N)的激光光源，N路偏振态为p偏振、中心波长分别为L_1i(i＝1、2…N)的激光光源。偏振合成阵列模块1包括N个偏振合成子模块(11、12、……1N)，分别对应于N个不同中心波长的激光L_1i(i＝1、2…N)；对于任何一个偏振合成子模块1i(i＝1,2,…N)，通过一个偏振合束器将两路偏振方向分别为s偏振和p偏振的光束合成为一束激光；这样，由N个偏振合成子模块(11、12、……1N)构成的偏振合成阵列模块1便首先对2N路光束实现了偏振合成；经过偏振合成后，各个偏振合成子模块输出激光的偏振态为s+p的混合态。经过偏振合成阵列模块1后，根据N路偏振合成后激光的光谱分布，设计不同入射角度下双色镜的透射-反射谱；利用全反镜组合件对N路激光注入到相应双色镜上的角度进行调节，采用N-1个不同角度分布的双色镜，完成对N路偏振合成后激光的光谱合成，最终将2N路光束合成为一束激光输出。在光谱合成模块2中，由于参与合成的各路光束其偏振态为s+p的混合态，因此，对于每一个偏振相关型双色镜合成单元，设其透射谱如附图1所示，在进行光谱合成时，参与反射的激光光谱分布应该在λ₀～λ₁或λ₇～λ₈之间，而参与透射的激光光谱应该在λ₄～λ₅之间。

下面以基于技术方案一的六路激光共孔径混合合成为例对其具体合成过程进行简要说明，示意图如图6所示，整个系统可以拓展到多路。设偏振合成阵列模块1包括3个偏振合成子模块11、12、13。参与整个合成的激光光源包括3路偏振态为s偏振、中心波长分别为L₁₁、L₁₂、L₁₃的激光光源(111、121、131)，3路偏振态为p偏振、中心波长分别为L₁₁、L₁₂、L₁₃的激光光源(112、122、132)，其中，L₁₂＝L₁₁-α，L₁₃＝L₁₁-2α。对于三个偏振合成子模块11、12、13，分别通过三个偏振合束器(113、123、133)将两路偏振方向分别为s偏振和p偏振的光束合成为一束激光；这样，偏振合成阵列模块1便首先将6路光束合成为3路中心波长分别为L₁₁、L₁₂、L₁₃的激光输出；经过偏振合成阵列模块1后的光束注入到光谱合成模块2进行光谱合成。具体而言，经偏振合束器113合成后的光束经过全反镜组合件21后注入到偏振相关型双色镜22，与经偏振合束器123合成后光束在偏振相关型双色镜22上进行光谱合成；在偏振相关型双色镜22上进行光谱合成时，通过调整两路光束的入射角度，使得偏振相关型双色镜22的透射-反射谱满足L₁₁≥λ₇、λ₄≤L₁₂≤λ₅，则偏振相关型双色镜22便可以将参与合成的两路光束通过谱合成技术合成为一束激光输出。经偏振合束器133合成后的光束经过全反镜组合件23注入到偏振相关型双色镜24，与偏振相关型双色镜22合成后的光束在偏振相关型双色镜24上进行谱合成。在偏振相关型双色镜24上进行光谱合成时，通过调整两路光束的入射角度，使得偏振相关型双色镜24的透射-反射谱满足L₁₁≥λ₇、L₁₂≥λ₇、λ₄≤L₁₃≤λ₅，则偏振相关型双色镜24便可以将参与合成的两路光束通过谱合成技术合成为一束激光输出；最终，六路光束被合成为一束激光输出到自由空间。

参照附图3，详细介绍技术方案二提供的一种共孔径混合光束合成系统，其首先基于多个偏振相关型双色镜进行光谱合成，再利用偏振合束器进行偏振合成的共孔径混合光束合成，整个系统包括：一级光谱合成模块1、偏振态旋转模块2、二级光谱合成模块3、全反镜组合件4、偏振旋转器5、偏振合束器6。

所述的一级光谱合成模块1包括两个一级光谱合成子模块11和12；对于合成子模块11和12，又分别包含M个(111、112.....11M)和K个(121、122.....12K)光谱合成子系统；每个光谱合成子系统中包含若干路不同中心波长的s偏振激光，各路s偏振激光的中心波长选择和每个光谱合成子系统可合成的最多路数根据偏振相关型双色镜的透射-反射谱确定；

所述的偏振态旋转模块2包括两个偏振旋转子模块21和22；对于偏振旋转子模块21和22，又分别包含M个(211、212.....21M)和K个(221、222.....22K)偏振旋转器；

所述的二级光谱合成模块3包括两个二级光谱合成子模块31和32；对于二级光谱合成子模块31和32，又分别包括M-1和K-1个偏振相关型双色镜和若干个全反镜组合件；每个子模块中全反镜组合件的个数根据具体光轴调节所需确定；

所述的全反镜组合件4是对二级光谱合成子模块32输出激光波长具有全反射能力的多个反射器件组合，反射器件其构成材料不限，根据放大器的输出功率密度可有多种选择；

所述的偏振旋转器5类型不限，可以是半波片或者其他具有偏振态旋转功能的器件，其材料不限，可以是石英材料、K9材料等；

所述的偏振合束器6其特性如发明内容部分中的“关键器件特性说明”所述。

技术方案二的实现过程如下：

设一级光谱合成模块1包含两个一级光谱合成子模块11和12；各个子模块11和12又分别包含M个(111、112.....11M)和K个(121、122.....12K)光谱合成子系统；设每个光谱合成子系统(111、112.....11M，121、122.....12K)中包含X路不同中心波长的s偏振激光，这样，对于整个合成系统而言，参与合成的总激光路数H＝M×X+K×X；H路s偏振激光的中心波长选择根据偏振相关型双色镜的透射-反射谱确定；对于每一个光谱合成子系统，通过利用所设计的偏振相关型双色镜的s光透射-反射谱，完成一级光谱合成(具体过程将在具体实施方式中说明)。经过一级光谱合成模块1后，H路s偏振的激光光束合成为M+K路s偏振的激光束。通过偏振态旋转模块2对各路光束的偏振态进行调整，将M+K路s偏振的激光转变为M+K路p偏振的激光。经过偏振转换后，M+K路p偏振的激光分别注入到二级光谱合成子模块31和32。二级光谱合成子模块31和32中分别包括M-1和K-1个偏振相关型双色镜和若干个全反镜组合件；根据M+K路p偏振激光的光谱分布，设计不同入射角度下双色镜对p光的透射-反射谱；利用全反镜组合件分别对M路和K路激光注入到相应双色镜上的角度进行调节，分别采用M-1和K-1个不同角度分布的偏振相关型双色镜，通过利用M-1和K-1个偏振型双色镜p光的透射-反射谱,完成对M+K路p偏振激光的光谱合成，最终将M+K路光束合成为两路p偏振的激光光束输出。经过二级光谱合成子模块31后，合成后的p偏振激光经过全反镜组合件4后入射到偏振旋转器5；偏振旋转器5将p偏振光束转变为s偏振光束注入到偏振合束器6进行偏振合成；经过二级光谱合成子模块32后的p偏振光束直接注入到偏振合束器6进行偏振合成，最终将H路s偏振的激光光束合成为一路s+p偏振混合态的激光输出。

在技术方案二中，针对偏振相关型双色镜对s光和p光透射-反射谱的差别，合理设计镀膜结构，分别利用偏振相关型双色镜的s光和p光的透射-反射谱，设计两级光谱合成结构，有效的拓展了系统的合成路数。

针对技术方案二，设偏振相关型双色镜其透射谱分布如附图1所示，s光透射谱的长波下降沿β＝λ₆-λ₅。设一级光谱合成模块1包含两个一级光谱合成子模块11和12；各个子模块11和12又分别包含M个(111、112.....11M)和K个(121、122.....12K)光谱合成子系统；对于11和12中的各个子系统(111、112.....11M，121、122.....12K)，若其合成的光束经过偏振态旋转模块2后作为透射光在二级光谱合成模块3上进行进一步合成，则每个子系统能够实现的最多合成路数可以表示为：

若每个子系统合成的光束经过偏振态旋转模块2后作为反射光在二级光谱合成模块3上进行进一步合成，则每个子系统能够实现的最多合成路数可以表示为：

其中：[]表示对其中的计算结果做取整处理。由公式(2)和(3)可得，通过精确的设计偏振相关型双色镜的镀膜结构，技术解决方案二能够实现多链路的共孔径混合光束合成。

下面以基于技术方案二的16路激光共孔径混合合成为例对其具体合成过程进行简要说明，示意图如图7所示，整个系统可以拓展到多路。

设一级光谱合成模块1包含两个一级光谱合成子模块11和12；各个子模块11和12又分别包含2个(111、112)和2个(121、122)光谱合成子系统；设每个光谱合成子系统(111、112、121、122)中包含4路不同光谱分布的s偏振激光，这样，整个合成系统参与合成的总激光路数为16路(1111、1112、1113、1114、1121、1122、1123、1124、1211、1212、1213、1214、1221、1222、1223、1224)，设其波长分别为Z₁、Z₂、、、、Z₁₆；每一个光谱合成子系统(111、112、121、122)中包含3个偏振相关型双色镜和一个全反镜组合件，这样，一级光谱合成模块1中包含4个全反镜组合件(1117、1127、1217、1227)和12个(1115、1116、1118、1125、1126、1128、1215、1216、1218、1225、1226、1228)偏振相关型双色镜；每个偏振相关型双色镜的透射谱结构如附图1所示。为简化，设一级光谱合成子模块11参与合成的8路激光波长与一级光谱合成子模块12参与合成的8路激光波长满足关系式Z_i＝Z_i+8(i＝1、2…8)，则一级光谱合成子模块11和一级光谱合成子模块12在实际设计中可以完全一样；下面以光谱合成子模块11的合成过程为例对具体实施过程进行说明，光谱合成子模块12的合成过程与11类似。在光谱合成子系统111中，s偏振的激光1111和1112首先在偏振相关型双色镜1115上进行合成；设偏振相关型双色镜1115的s光透射谱长波下降沿β＝λ₆-λ₅，设Z₂＝Z₁-β，则通过合理的调节两路光束的入射角度，便可以实现两路激光的光谱合成；同理，设Z₃＝Z₁-2β、Z₄＝Z₁-3β，则光束1113和1114便可以在偏振相关型双色镜1116上实现光谱合成；经过1115合成的光束通过全反镜组合件1117反射后注入到偏振相关型双色镜1118，与偏振相关型双色镜1116合成的光束在1118上进一步进行光谱合成；通过合理的设计两路光束注入到1118的角度，使得在1118上满足条件Z₂≥λ₆、Z₃≤λ₅、Z₄≥λ₄，则偏振相关型双色镜1118便可以将参与合成的两路光束通过谱合成技术合成为一束激光输出。同理，在112中，设s偏振的激光1121、1122、1123、1124的波长满足Z₆＝Z₅-β、Z₇＝Z₅-2β、Z₈＝Z₅-3β，则分别通过偏振相关型双色镜1125、1126和1128，便可以将光谱合成子系统112中的四路s偏振激光合成为一束激光输出；光谱合成子系统121和122分别与111和112类似；经过光谱合成子系统111、112、121、122合成后的光束分别注入到偏振旋转模块2；偏振旋转器211、212、221、222分别将光谱合成子系统111、112、121、122合成的四路s偏振激光转换为p偏振的激光；经过偏振旋转模块2后，合成后的光束注入到二级光谱合成模块3。在二级光谱合成模块3上，从211输出的光束经过全反镜组合件311反射至偏振相关型双色镜312，与从212输出的光束在偏振相关型双色镜312上进行光谱合成。通过合理的设计两路光束注入到偏振相关型双色镜312上的角度，使得在312上满足条件Z₈≥λ₂、Z₅≤λ₅、Z₄≥λ₇，则偏振相关型双色镜312便可以将参与合成的两路光束合成为一束激光输出，且最终合成输出的激光为p偏振态。同理，从221输出的光束经过全反镜组合件321反射至偏振相关型双色镜322，与从222输出的光束在偏振相关型双色镜322上完成光谱合成。经过偏振相关型双色镜312后，合成光束经全反镜组合件4后入射到偏振旋转器5；偏振旋转器5将p偏振激光转换为s偏振激光入射到偏振合束器6，与偏振相关型双色镜322合成的p偏振激光在偏振合束器6上进行偏振合成，最终将16路激光合成为一束激光输出。

参照附图4，详细介绍技术方案三提供的一种共孔径混合光束合成系统，是一种基于偏振相关型双色镜实现多个混合合成模块的共孔径混合光束合成方法，整个系统包括：混合合成模块阵列1和光谱合成模块2。

所述的混合合成模块阵列1包括P个(11、12、……1P)子模块；每个混合合成子模块的结构和实现方式如技术方案二所述；

所述的光谱合成模块2包括P-1个偏振相关型双色镜和若干个全反镜组合件，全反镜组合件的个数根据具体光轴调节所需确定；P-1个双色镜实现对混合合成模块阵列1输出的P路不同光谱分布激光的光谱合成；双色镜对s光和p光的反射-透射谱根据混合合成模块阵列1输出的P路光束的光谱分布和入射角度确定；全反镜组合件用来调节各个不同光谱分布激光注入到相应双色镜上的角度，实现高效率的光谱合成。

技术方案三的实现过程如下：

设混合合成模块阵列1的每个混合合成子模块中包含J路光谱分布各不相同的s偏振激光，则整个系统的合成路数I＝J×P。对于每个子模块，采用技术方案二中的结构和实现方式，即首先基于多个偏振相关型双色镜进行光谱合成，再利用偏振合束器进行偏振合成，将参与合成的I路光谱分布各不相同的s偏振激光合成为光谱分布不同的P路s+p偏振混合态激光束；经过混合合成模块阵列1后，P路合成后的激光注入到光谱合成模块2；根据P路混合合成后激光的光谱分布，设计不同入射角度下偏振相关型双色镜的透射-反射谱；利用全反镜组合件对P路激光注入到相应双色镜上的角度进行精确调节，采用P-1个不同角度分布的双色镜，完成对P路混合合成模块阵列1输出激光的光谱合成，最终将I路光束合成为一束激光输出。

与技术方案一中光谱合成模块类似，在光谱合成模块2中，由于参与合成的各路光束的偏振态为s+p的混合态，因此，对于每一个偏振相关型双色镜，设其透射谱如附图1所示，在光谱合成模块2中进行光谱合成时，参与反射的激光光谱分布应该在λ₀～λ₁或λ₇～λ₈之间，而参与透射的激光光谱应该在λ₄～λ₅之间。

下面以基于技术方案三的32路激光共孔径混合合成为例对其具体合成过程进行简要说明，其示意图如图8所示，整个系统可以拓展到多路。

设混合合成模块阵列1包含两个子模块11和12；子模块11中包含16路光谱分布各不相同的s偏振激光(111、112、113.....1116)，子模块12中包含16路光谱分布各不相同的s偏振激光(121、122、123.....1216)。对于子模块11，采用技术解决方案二的发明方法(具体实施方式在上文已进行详细说明)，首先基于14个偏振相关型双色镜(1117、1118、1119、1120、1121、1122、1123、1124、1126、1128、1130、1132、1138、1140)、7个全反镜组合件(1125、1127、1129、1131、1137、1139、1141)和4个偏振旋转器(1133、1134、1135、1136)进行两级光谱合成，再利用一个偏振旋转器(1142)和一个偏振合束器(1143)进行偏振合成，将参与合成的16路光谱分布各不相同的s偏振激光合成为一路s+p偏振混合态激光束；与子模块11类似，对于子模块12，采用技术方案二的发明方法，基于14个偏振相关型双色镜(1217、1218、1219、1220、1221、1222、1223、1224、1226、1228、1230、1232、1238、1240)、7个全反镜组合件(1225、1227、1229、1231、1237、1239、1241)和4个偏振旋转器(1233、1234、1235、1236)进行两级光谱合成，再利用一个偏振旋转器(1242)和一个偏振合束器(1243)进行偏振合成，将参与合成的16路光谱分布各不相同的s偏振激光合成为一路s+p偏振混合态激光束；经过混合合成模块阵列1后，2路合成后的激光注入到光谱合成模块2；混合合成子模块11输出的激光经过全反镜组合件21反射后注入到偏振相关型双色镜22，与混合合成子模块12输出的光束在偏振相关型双色镜22上进行谱合成。

设混合合成子模块11的输出光谱分布为Π₁，混合合成子模块12的输出光谱分布为Π₂，偏振相关型双色镜22其透射谱如附图1所示，通过合理的设计两路光束注入到偏振相关型双色镜22上的角度，使得在22上满足Π₁在λ₀～λ₁或λ₇～λ₈之间，而Π₂在λ₄～λ₅之间，则偏振相关型双色镜22便可以将参与合成的两路光束合成为一束激光输出。最终，32路激光束被合成为一束激光输出到自由空间。

参照附图4，详细介绍技术方案三提供的一种共孔径混合光束合成系统，设技术方案一中的系统结构为混合合成模块一，技术方案二中的系统结构为混合合成模块二；本发明的技术方案四是一种基于一个混合合成模块一和多个混合合成模块二的共孔径混合光束合成系统，整个系统包括：混合合成模块一1，混合合成模块二阵列2，光谱合成模块3。

所述的混合合成模块一1的结构和实现方式如技术方案一所述；

所述的混合合成模块二阵列2包含G个子模块，编号分别为21、22……2G；每个子模块的结构和实现方式如技术方案二所述；

所述的光谱合成模块3包括G个偏振相关型双色镜和若干个全反镜组合件；G个双色镜实现对混合合成模块一1和混合合成模块二阵列2输出的G+1束不同光谱分布激光的光谱合成；双色镜对s光和p光的反射-透射谱根据混合合成模块一1和混合合成模块二阵列2输出光束的光谱分布和入射角度确定；全反镜组合件用来调节各个不同光谱分布激光注入到对应双色镜上的角度，实现高效率的共孔径合成；

技术方案四的实现过程如下：

设混合合成模块一1包含2×Q路线偏振激光，其中：Q路激光为s偏振，Q路激光为p偏振；混合合成模块二阵列2包含G个子模块，设每个子模块中包含Y路光谱分布各不相同的s偏振激光，则整个系统的合成路数E＝2×Q+G×Y。对于混合合成模块一1，首先采用Q个偏振合束器进行偏振合成，将2×Q路光束合成为Q路光束，再利用Q-1个偏振相关型双色镜进行谱合成，将Q路光束合成为一束激光输出，其具体过程如技术方案一所述；对于混合合成模块二阵列2的每个子模块(21、22……2G)，首先基于多个偏振相关型双色镜进行光谱合成，再利用偏振合束器进行偏振合成，将参与合成的G×Y路光谱分布各不相同的s偏振激光合成为光谱分布不同的G路s+p偏振混合态激光输出；经过混合合成模块二阵列2后，G路s+p偏振混合态激光束注入到光谱合成模块3，与混合合成模块一1合成后的光束在光谱合成模块3上进行合成；根据G+1路混合合成后激光的光谱分布，设计不同入射角度下双色镜的透射-反射谱；利用全反镜组合件对G+1路激光注入到相应双色镜上的角度进行精确调节，采用G个不同角度分布的双色镜，完成对G+1路混合合成激光的光谱合成，最终将E路光束合成为一束激光输出。

以基于技术解决方案四的20路激光共孔径混合合成为例对其具体合成过程进行简要说明，其示意图如图9所示，整个系统可以拓展到多路。

设混合合成模块一1包含四路线偏振激光11、12、13、14，其中：2路激光(11、13)为s偏振，2路激光(12、14)为p偏振；混合合成模块二阵列2包含一个子模块，设该子模块中包含16路光谱分布各不相同的s偏振激光(21、22、23……216)。对于混合合成模块一1，首先采用2个偏振合束器(15、16)进行偏振合成，将四路光束合成为两路光束；偏振合束器15合成后的光束经全反镜组合件17反射后注入到偏振相关型双色镜18，与偏振合束器16合成后的光束在偏振相关型双色镜18上进行谱合成，最终将四路光束合成为一束激光输出，其具体过程如技术方案一所述；对于混合合成模块二2，采用技术方案二的方法，即首先基于14个偏振相关型双色镜(217、218、219、220、221、222、223、224、226、228、230、232、238、240)、7个全反镜组合件(225、227、229、231、237、239、241)和4个偏振旋转器(233、234、235、236)进行两级光谱合成，再利用一个偏振旋转器(242)和一个偏振合束器(243)进行偏振合成，将参与合成的16路光谱分布各不相同的s偏振激光合成为一路s+p偏振混合态激光输出；经过混合合成模块一1合成的光束和经过混合合成模块二2合成的光束注入到光谱合成模块3进行进一步谱合成。具体而言，经混合合成模块一1合成的光束经过全反镜组合件31后注入到偏振相关型双色镜32，与混合合成模块二2合成的光束在偏振相关型双色镜32上进行合成。设混合合成模块一1的输出光谱分布为Γ₁，混合合成模块二2的输出光谱分布为Γ₂，偏振相关型双色镜32其反射-透射谱如附图1所示，通过合理的设计两路光束注入到偏振相关型双色镜32上的角度，使得在32上满足Γ₁在λ₄～λ₅之间,Γ₂在λ₀～λ₁或λ₇～λ₈之间，则偏振相关型双色镜32便可以将参与合成的两路光束合成为一束激光输出。最终，20路激光束被合成为一束激光输出。

以上包含了本发明优选实施例的说明，这是为了详细说明本发明的技术特征，并不是想要将发明内容限制在实施例所描述的具体形式中，依据本发明内容主旨进行的其他修改和变型也受本专利保护。本发明内容的主旨是由权利要求书所界定，而非由实施例的具体描述所界定。

Claims (7)

1.一种共孔径混合光束合成系统，其特征在于：该系统是基于偏振相关型双色镜和偏振合束器的共孔径混合光束合成系统，该系统首先基于偏振合束器进行偏振合成，再利用偏振相关型双色镜进行谱合成的共孔径混合光束合成，该系统包括偏振合成阵列模块和光谱合成模块；

所述的偏振合成阵列模块包括N个偏振合成子模块；每个偏振合成子模块中包含两路偏振态分别为s偏振和p偏振且两偏振方向垂直的光束和一个偏振合束器；N个偏振合成子模块分别对应于N个不同中心波长L_1i的激光，其中i＝1、2…N；

所述的光谱合成模块包括N-1个偏振相关型双色镜和若干个全反镜组合件，全反镜组合件的个数根据具体光轴调节所需确定；N-1个偏振相关型双色镜实现对偏振合成阵列模块输出的N束不同中心波长激光的光谱合成；偏振相关型双色镜对s光和p光的反射-透射谱根据偏振合成阵列模块输出的N路光束的中心波长和入射角度确定；全反镜组合件用来调节各个不同波长激光注入到相应偏振相关型双色镜上的角度，完成高效的光谱合成；

偏振相关型双色镜通过镀膜设计，将s光的透射谱范围设计到λ₃～λ₆，将p光的透射谱设计到λ₁～λ₇；考虑到实际镀膜的不理想，设p光透射谱短波的下降沿为λ₂-λ₁，其长波的下降沿为λ₇-λ₅，同理，设s光透射谱短波的下降沿为λ₄-λ₃，其长波的下降沿为λ₆-λ₅；设s光和p光的透射谱分布为T，若不考虑镀膜和基质材料本身的吸收，则s光和p光的反射谱分布为R＝1-T；

其中，λ₀＜λ₁＜λ₂＜λ₃＜λ₄＜λ₅＜λ₆＜λ₇＜λ₈；偏振相关型双色镜的s光和p光的反射-透射谱不是完全重叠的，其透射谱在λ₄～λ₅之间完全重叠，反射谱在λ₀～λ₁、λ₇～λ₈之间完全重叠；偏振相关型双色镜其透射-反射谱的整体分布会随着入射角度的变化沿长波或短波方向移动；

所述偏振合束器的中心波长和带宽选择根据参与偏振合成的两路激光的光谱分布决定；所用偏振合束器的形状为片状结构或者立方结构；偏振合束器的材料是熔石英材料、K9材料、钒酸钇、方解石或偏硼酸钡晶体材料；所述偏振相关型双色镜的材料是熔石英或K9材料；

参与整个合成的激光光源包括N路偏振态为s偏振、中心波长分别为L_1i的激光光源，N路偏振态为p偏振、中心波长分别为L_1i的激光光源；偏振合成阵列模块包括N个偏振合成子模块，分别对应于N个不同中心波长L_1i的激光；对于任意一个偏振合成子模块，通过一个偏振合束器将两路偏振方向分别为s偏振和p偏振的光束合成为一束激光；这样，由N个偏振合成子模块构成的偏振合成阵列模块首先对2N路光束实现了偏振合成；经过偏振合成后，各个偏振合成子模块输出激光的偏振态为s+p的混合态；经过偏振合成阵列模块后，根据N路偏振合成后激光的光谱分布，设计不同入射角度下偏振相关型双色镜的透射-反射谱；利用全反镜组合件对N路激光注入到相应偏振相关型双色镜上的角度进行调节，采用N-1个不同角度分布的偏振相关型双色镜，完成对N路偏振合成后激光的光谱合成，最终将2N路光束合成为一束激光输出。

2.一种共孔径混合光束合成系统，其特征在于：该系统是基于偏振相关型双色镜和偏振合束器的共孔径混合光束合成系统，该系统首先基于多个偏振相关型双色镜进行光谱合成，再利用偏振合束器进行偏振合成，系统包括一级光谱合成模块、偏振态旋转模块、二级光谱合成模块、全反镜组合件、偏振旋转器和偏振合束器；

一级光谱合成模块包含两个一级光谱合成子模块；第一一级光谱合成子模块包含M个光谱合成子系统，第二一级光谱合成子模块包含K个光谱合成子系统；每个光谱合成子系统中均包含X路不同中心波长的s偏振激光，这样，对于整个合成系统而言，参与合成的总激光路数H＝M×X+K×X；H路s偏振激光的中心波长选择根据偏振相关型双色镜的透射-反射谱确定；对于每一个光谱合成子系统，通过利用偏振相关型双色镜的s光透射-反射谱，完成一级光谱合成；

经过一级光谱合成模块后，H路s偏振的激光光束合成为M+K路s偏振的激光束；通过偏振态旋转模块对各路光束的偏振态进行调整，将M+K路s偏振的激光转变为M+K路p偏振的激光；所述的偏振态旋转模块包括两个偏振旋转子模块，第一偏振旋转子模块和第二偏振旋转子模块；对于两个偏振旋转子模块，又分别包含M个和K个偏振旋转器，第一偏振旋转子模块对第一一级光谱合成子模块输出的M路光束的偏振态进行调整，第二偏振旋转子模块对第二一级光谱合成子模块输出的M路光束的偏振态进行调整；

二级光谱合成模块包括第一二级光谱合成子模块和第二二级光谱合成子模块；经过偏振转换后，M+K路p偏振的激光分别注入到第一二级光谱合成子模块和第二二级光谱合成子模块；第一二级光谱合成子模块和第二二级光谱合成子模块分别包括M-1和K-1个偏振相关型双色镜和若干个全反镜组合件；根据M+K路p偏振激光的光谱分布，设计不同入射角度下双色镜对p光的透射-反射谱；利用全反镜组合件分别对M路和K路激光注入到相应双色镜上的角度进行调节，分别采用M-1和K-1个不同角度分布的偏振相关型双色镜，通过利用M-1和K-1个偏振型双色镜p光的透射-反射谱,完成对M+K路p偏振激光的光谱合成，最终将M+K路光束合成为两路p偏振的激光光束输出；

经过第一二级光谱合成子模块后，合成后的p偏振激光经过全反镜组合件后入射到偏振旋转器；偏振旋转器将p偏振光束转变为s偏振光束注入到偏振合束器进行偏振合成；经过第二二级光谱合成子模块后的p偏振光束直接注入到偏振合束器进行偏振合成，最终将H路s偏振的激光光束合成为一路s+p偏振混合态的激光输出。

3.根据权利要求2所述的共孔径混合光束合成系统，其特征在于：偏振相关型双色镜通过镀膜设计，将s光的透射谱范围设计到λ₃～λ₆，将p光的透射谱设计到λ₁～λ₇；考虑到实际镀膜的不理想，设p光透射谱短波的下降沿为λ₂-λ₁，其长波的下降沿为λ₇-λ₅，同理，设s光透射谱短波的下降沿为λ₄-λ₃，其长波的下降沿为λ₆-λ₅；设s光和p光的透射谱分布为T，若不考虑镀膜和基质材料本身的吸收，则s光和p光的反射谱分布为R＝1-T；

其中，λ₀＜λ₁＜λ₂＜λ₃＜λ₄＜λ₅＜λ₆＜λ₇＜λ₈；偏振相关型双色镜的s光和p光的反射-透射谱不是完全重叠的，其透射谱在λ₄～λ₅之间完全重叠，反射谱在λ₀～λ₁、λ₇～λ₈之间完全重叠；偏振相关型双色镜其透射-反射谱的整体分布会随着入射角度的变化沿长波或短波方向移动；

所述偏振合束器的中心波长和带宽选择根据参与偏振合成的两路激光的光谱分布决定；所用偏振合束器的形状为片状结构或者立方结构；偏振合束器的材料是熔石英材料、K9材料、钒酸钇、方解石或偏硼酸钡晶体材料；所述偏振相关型双色镜的材料是熔石英或K9材料。

4.一种共孔径混合光束合成系统，其特征在于：该系统是基于偏振相关型双色镜和偏振合束器的共孔径混合光束合成系统，整个系统包括混合合成模块阵列和光谱合成模块；

所述的混合合成模块阵列包括P个共孔径混合光束合成子模块；每个共孔径混合光束合成子模块的结构和实现方式与权利要求3中所述的共孔径混合光束合成系统相同；

所述的光谱合成模块包括P-1个偏振相关型双色镜和若干个全反镜组合件，全反镜组合件的个数根据具体光轴调节所需确定；P-1个双色镜实现对混合合成模块阵列输出的P路不同光谱分布激光的光谱合成；双色镜对s光和p光的反射-透射谱根据混合合成模块阵列输出的P路光束的光谱分布和入射角度确定；全反镜组合件用来调节各个不同光谱分布激光注入到相应双色镜上的角度，实现高效率的光谱合成；

设混合合成模块阵列的每个共孔径混合光束合成子模块中包含J路光谱分布各不相同的s偏振激光，则整个系统的合成路数I＝J×P；对于每个共孔径混合光束合成子模块，首先基于多个偏振相关型双色镜进行光谱合成，再利用偏振合束器进行偏振合成，将参与合成的I路光谱分布各不相同的s偏振激光合成为光谱分布不同的P路s+p偏振混合态激光束；经过混合合成模块阵列后，P路合成后的s+p偏振混合态激光束注入到光谱合成模块；根据P路混合合成后激光的光谱分布，设计不同入射角度下偏振相关型双色镜的透射-反射谱；利用全反镜组合件对P路激光注入到相应双色镜上的角度进行精确调节，采用P-1个不同角度分布的双色镜，完成对P路混合合成模块阵列输出激光的光谱合成，最终将I路光束合成为一束激光输出。

5.根据权利要求4所述的共孔径混合光束合成系统，其特征在于：偏振相关型双色镜通过镀膜设计，将s光的透射谱范围设计到λ₃～λ₆，将p光的透射谱设计到λ₁～λ₇；考虑到实际镀膜的不理想，设p光透射谱短波的下降沿为λ₂-λ₁，其长波的下降沿为λ₇-λ₅，同理，设s光透射谱短波的下降沿为λ₄-λ₃，其长波的下降沿为λ₆-λ₅；设s光和p光的透射谱分布为T，若不考虑镀膜和基质材料本身的吸收，则s光和p光的反射谱分布为R＝1-T；

其中，λ₀＜λ₁＜λ₂＜λ₃＜λ₄＜λ₅＜λ₆＜λ₇＜λ₈；偏振相关型双色镜的s光和p光的反射-透射谱不是完全重叠的，其透射谱在λ₄～λ₅之间完全重叠，反射谱在λ₀～λ₁、λ₇～λ₈之间完全重叠；偏振相关型双色镜其透射-反射谱的整体分布会随着入射角度的变化沿长波或短波方向移动；

所述偏振合束器的中心波长和带宽选择根据参与偏振合成的两路激光的光谱分布决定；所用偏振合束器的形状为片状结构或者立方结构；偏振合束器的材料是熔石英材料、K9材料、钒酸钇、方解石或偏硼酸钡晶体材料；所述偏振相关型双色镜的材料是熔石英或K9材料。

6.一种共孔径混合光束合成系统，其特征在于：该系统是基于偏振相关型双色镜和偏振合束器的共孔径混合光束合成系统，整个系统包括混合合成模块一，混合合成模块二阵列和光谱合成模块；

所述的混合合成模块一的结构和实现方式与权利要求1中所述的共孔径混合光束合成系统相同；

所述的混合合成模块二阵列包含G个混合合成子模块，每个混合合成子模块的结构和实现方式与权利要求3中所述的共孔径混合光束合成系统相同；

所述的光谱合成模块包括G个偏振相关型双色镜和若干个全反镜组合件；G个双色镜实现对混合合成模块一和混合合成模块二阵列输出的G+1束不同光谱分布激光的光谱合成；双色镜对s光和p光的反射-透射谱根据混合合成模块一和混合合成模块二阵列输出光束的光谱分布和入射角度确定；全反镜组合件用来调节各个不同光谱分布激光注入到对应双色镜上的角度，实现高效率的共孔径合成；

设混合合成模块一包含2×Q路线偏振激光，其中：Q路激光为s偏振，Q路激光为p偏振；混合合成模块二阵列包含G个混合合成子模块，设每个混合合成子模块中包含Y路光谱分布各不相同的s偏振激光，则整个系统的合成路数E＝2×Q+G×Y；对于混合合成模块一，首先采用Q个偏振合束器进行偏振合成，将2×Q路光束合成为Q路光束，再利用Q-1个偏振相关型双色镜进行谱合成，将Q路光束合成为一束激光输出；对于混合合成模块二阵列的每个混合合成子模块，首先基于多个偏振相关型双色镜进行光谱合成，再利用偏振合束器进行偏振合成，将参与合成的G×Y路光谱分布各不相同的s偏振激光合成为光谱分布不同的G路s+p偏振混合态激光输出；经过混合合成模块二阵列后，G路s+p偏振混合态激光束注入到光谱合成模块，与混合合成模块一合成后的光束在光谱合成模块上进行合成；根据G+1路混合合成后激光的光谱分布，设计不同入射角度下双色镜的透射-反射谱；利用全反镜组合件对G+1路激光注入到相应双色镜上的角度进行精确调节，采用G个不同角度分布的双色镜，完成对G+1路混合合成激光的光谱合成，最终将E路光束合成为一束激光输出。

7.根据权利要求6所述的共孔径混合光束合成系统，其特征在于：偏振相关型双色镜通过镀膜设计，将s光的透射谱范围设计到λ₃～λ₆，将p光的透射谱设计到λ₁～λ₇；考虑到实际镀膜的不理想，设p光透射谱短波的下降沿为λ₂-λ₁，其长波的下降沿为λ₇-λ₅，同理，设s光透射谱短波的下降沿为λ₄-λ₃，其长波的下降沿为λ₆-λ₅；设s光和p光的透射谱分布为T，若不考虑镀膜和基质材料本身的吸收，则s光和p光的反射谱分布为R＝1-T；

其中，λ₀＜λ₁＜λ₂＜λ₃＜λ₄＜λ₅＜λ₆＜λ₇＜λ₈；偏振相关型双色镜的s光和p光的反射-透射谱不是完全重叠的，其透射谱在λ₄～λ₅之间完全重叠，反射谱在λ₀～λ₁、λ₇～λ₈之间完全重叠；偏振相关型双色镜其透射-反射谱的整体分布会随着入射角度的变化沿长波或短波方向移动；

所述偏振合束器的中心波长和带宽选择根据参与偏振合成的两路激光的光谱分布决定；所用偏振合束器的形状为片状结构或者立方结构；偏振合束器的材料是熔石英材料、K9材料、钒酸钇、方解石或偏硼酸钡晶体材料；所述偏振相关型双色镜的材料是熔石英或K9材料。