CN109212767A - 一种激光合束系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种激光合束系统，包括合束单元，所述合束单元包括反光装置、偏振变换元件和合束装置；反光装置包括两个反光面，两个反光面用于将入射到该反光装置的高偏振度激光分割为分别向不同方向反射出的两路光，被分割出的第一路光被引导入射到合束装置，在被分割出的另外一路光的传播光路上设置有偏振变换元件，偏振变换元件用于将光变换为偏振方向与原偏振方向垂直的光，变换后的光被引导入射到合束装置；合束装置用于将各路光汇合为一路光输出。本发明激光合束系统，对于输出的高偏振度激光，通过将激光分割为两路并改变其中一路光的偏振态，而后将两路光汇合为一路输出，实现了在保持输出激光功率不变的情况下，提高了光束质量和亮度。

Description

一种激光合束系统
技术领域
本发明涉及激光光学系统领域，特别是涉及一种激光合束系统。
背景技术
激光器在民用、工业和军事领域都有很大的应用前景，然而激光器单元器件往往功率较低或者输出激光亮度低，不能满足应用要求，因此现有技术中通过将多个激光器单元器件组合成激光器阵列，以提高输出激光的功率或者亮度，并能够改善光斑发散角。然而现有技术中，无论是激光器单元器件或者激光器阵列，其输出激光的光束质量较差，不能达到应用要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种激光合束系统，在保持输出激光功率不变的情况下，提高了光束质量和亮度。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种激光合束系统，包括合束单元，所述合束单元包括反光装置、偏振变换元件和合束装置；
所述反光装置包括两个反光面，所述两个反光面用于将入射到该反光装置的高偏振度激光分割为分别向不同方向反射出的两路光，被分割出的第一路光被引导入射到所述合束装置，在被分割出的另外一路光的传播光路上设置有所述偏振变换元件，所述偏振变换元件用于将光变换为偏振方向与原偏振方向垂直的光，变换后的光被引导入射到所述合束装置；
所述合束装置用于将各路光汇合为一路光输出。
优选的，所述反光装置的两个反光面相互垂直，高偏振度的激光以45度入射角入射到所述反光装置的两个反光面。
优选的，在被所述反光装置反射出的第一路光的传播光路上设置有第一反射镜和第二反射镜，被所述反光装置反射出的第一路光以45度入射角入射到所述第一反射镜，被所述第一反射镜反射出的光以45度入射角入射到所述第二反射镜，所述第二反射镜将光反射到所述合束装置；
在被所述反光装置反射出的另一路光的传播光路上设置有第三反射镜，被所述反光装置反射出的另一路光以45度入射角入射到所述第三反射镜，在所述第三反射镜和所述合束装置之间光路上设置所述偏振变换元件，被所述偏振变换元件变换后的光被引导入射到所述合束装置。
优选的，包括多个依次布置的所述合束单元，前一所述合束单元的合束装置输出的激光入射到后一所述合束单元的反光装置的两个反光面。
优选的，在前一所述合束单元的合束装置输出光的光路上设置有用于将光变换为高偏振度光的偏振元件，变换后的光被引导入射到后一所述合束单元的反光装置。
优选的，所述反光装置为两个直角面都为反光面的刀锋直角棱镜。
优选的，所述偏振变换元件为半波片。
优选的，所述合束装置为偏振合束棱镜。
由上述技术方案可知，本发明所提供的激光合束系统包括合束单元，合束单元包括反光装置、偏振变换元件和合束装置。其中，反光装置包括两个反光面，所述两个反光面用于将入射到该反光装置的高偏振度激光分割为分别向不同方向反射出的两路光，被分割出的第一路光被引导入射到合束装置，在被分割出的另外一路光的传播光路上设置有偏振变换元件，偏振变换元件用于将光变换为偏振方向与原偏振方向垂直的光，变换后的光被引导入射到合束装置，由合束装置将各路光汇合为一路光输出。
本发明激光合束系统，对于输出的高偏振度激光，通过将激光分割为两路并改变其中一路光的偏振态，而后将两路光汇合为一路输出，实现了在保持输出激光功率不变的情况下，提高了光束质量和亮度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种激光合束系统的示意图；
图2为本发明又一实施例提供的一种激光合束系统的示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供的一种激光合束系统，包括合束单元，所述合束单元包括反光装置、偏振变换元件和合束装置；
所述反光装置包括两个反光面，所述两个反光面用于将入射到该反光装置的高偏振度激光分割为分别向不同方向反射出的两路光，被分割出的第一路光被引导入射到所述合束装置，在被分割出的另外一路光的传播光路上设置有所述偏振变换元件，所述偏振变换元件用于将光变换为偏振方向与原偏振方向垂直的光，变换后的光被引导入射到所述合束装置；
所述合束装置用于将各路光汇合为一路光输出。
其中，高偏振度的激光是指激光中TE模式或者TM模式所占比例较大，激光中TE模式或者TM模式所占比例大于预设值，比如所述预设值为60％。
反光装置包括两个反光面，高偏振度的激光入射到反光装置的反光面，两个反光面将激光分割为分别向不同方向反射出的两路光。被反射出的第一路光被引导入射到合束装置，在被反射出的另外一路光的传播光路上设置有偏振变换元件，偏振变换元件用于将经过光变换为偏振方向与原偏振方向垂直的光，该路光经偏振变换元件变换后被引导入射到合束装置。合束装置将各路光汇合为一路光输出。
本实施例激光合束系统，对于输出的高偏振度激光，通过将激光分割为两路并改变其中一路光的偏振态，而后将两路光汇合为一路输出，实现了在保持输出激光功率不变的情况下，提高了光束质量和亮度。
下面结合附图和具体实施方式对本激光合束系统进行详细说明。
请参考图1，图1为本实施例提供的一种激光合束系统的示意图，由图可看出，所述激光合束系统包括合束单元1，合束单元1包括反光装置11、偏振变换元件12和合束装置13。
激光装置2产生出高偏振度的激光，入射到反光装置11的反光面。
反光装置11包括两个反光面，两个反光面将入射到该反光装置的高偏振度激光分割为分别向不同方向反射出的两路光，被分割出的第一路光被引导入射到合束装置13，该路光在入射到合束装置13之前其偏振方向没有改变。在被分割出的另外一路光的传播光路上设置有偏振变换元件12，所述偏振变换元件12用于将光变换为偏振方向与原偏振方向垂直的光，变换后的光被引导入射到合束装置13。
合束装置13可将两路光汇合为一路光输出，合束装置13将偏振方向没有改变的第一路光和偏振方向与原偏振方向垂直的第二路光汇合为一路光输出。
本实施例激光合束系统中，合束单元能够使输出激光的光束质量提高到原始激光的光束质量的两倍，能够使输出激光的亮度提高到原始激光亮度的两倍。
在具体实施时，可选的，所述反光装置11的两个反光面相互垂直，高偏振度的激光以45度入射角入射到反光装置11的两个反光面。通过调整激光入射到反光装置的照射位置，能够使反光装置将入射激光平均地分割为两路光。
进一步可选的，可参考图1所示，在被所述反光装置11反射出的第一路光的传播光路上设置有第一反射镜14和第二反射镜15，被所述反光装置11反射出的第一路光以45度入射角入射到所述第一反射镜14，被所述第一反射镜14反射出的光以45度入射角入射到所述第二反射镜15，所述第二反射镜15将光反射到所述合束装置13。在被所述反光装置11反射出的另一路光的传播光路上设置有第三反射镜16，被所述反光装置11反射出的另一路光以45度入射角入射到所述第三反射镜16，在所述第三反射镜16和所述合束装置13之间光路上设置所述偏振变换元件12，被所述偏振变换元件12变换后的光被引导入射到所述合束装置13。本激光合束系统中合束单元采用这种光路布置能够使光学系统结构紧凑。但不限于此，在本激光合束系统的其它实施例中合束单元还可以采用其它形式的光路布置，也都在本发明保护范围内。
在实际应用中，合束单元的光路设计并不限于以上所述，可以根据实际情况灵活地设置，也都在本发明保护范围内。
在另一实施例中，所述激光合束系统可包括多个依次布置的合束单元，前一所述合束单元的合束装置输出的激光入射到后一所述合束单元的反光装置的两个反光面。示例性的，可参考图2，图2为本实施例提供的一种激光合束系统的示意图，本图所示激光合束系统是以包括两个合束单元为例进行说明的。由图可看出，本激光合束系统包括合束单元100和合束单元101，每一合束单元包括反光装置11、偏振变换元件12和合束装置13。其中，反光装置11包括两个反光面，两个反光面用于将入射到该反光装置11的高偏振度激光分割为分别向不同方向反射出的两路光，被分割出的第一路光被引导入射到合束装置13，在被分割出的另外一路光的传播光路上设置有偏振变换元件12，偏振变换元件12将光变换为偏振方向与原偏振方向垂直的光，变换后的光被引导入射到合束装置13；合束装置13将各路光汇合为一路光输出。
其中，由合束单元100的合束装置输出的激光，经过偏振元件17的作用，变换为高偏振度的激光，进一步的入射到合束单元101的反光装置，合束单元101将合束单元100输出的激光分割为两路并改变其中一路光的偏振态，而后将两路光汇合为一路输出。
本实施例激光合束系统，优选的，可在前一合束单元的合束装置输出光的光路上设置用于将光变换为高偏振度光的偏振元件，经偏振元件变换后的光被引导入射到后一合束单元的反光装置。这样保证入射到后一合束单元反光装置的激光具有高偏振度，使合束单元对入射激光能够有效地起到提高光束质量和亮度的效果。
在实际应用中，可以根据应用需求设定合束单元的数量，并进行相应的光路布置。另外，合束单元包括的光学元件以及光学元件的光路设计也不限于图2所示，可以是其它形式，也都在本发明保护范围内。
本实施例激光合束系统包括多个合束单元，每一合束单元能够使输入激光的光束质量和亮度提高。从而使激光合束系统最终输出激光与原始输入激光相比，激光的光束质量和亮度能够大幅度提高。
在以上各实施例中，反光装置可以采用两个直角面都为反光面的刀锋直角棱镜。在直角棱镜的直角面镀有对工作波段光具有高反射率的高反膜，以提高光利用率，减少光损失。
可选的，偏振变换元件可以是半波片，可将经过的偏振光的偏振方向旋转90度。
可选的，合束装置可以是偏振合束棱镜，一路光入射到偏振合束棱镜的一个表面，经过偏振合束棱镜的偏振面后透射出，另一路光入射到偏振合束棱镜的另一表面，经过偏振合束棱镜的偏振面被反射出，从而将两路光汇合为一路光输出。
可选的，高偏振度的激光可以是s偏振或者p偏振占优势的激光。
以上对本发明所提供的一种激光合束系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种激光合束系统，其特征在于，包括合束单元，所述合束单元包括反光装置、偏振变换元件和合束装置；
所述反光装置包括两个反光面，所述两个反光面用于将入射到该反光装置的高偏振度激光分割为分别向不同方向反射出的两路光，被分割出的第一路光被引导入射到所述合束装置，在被分割出的另外一路光的传播光路上设置有所述偏振变换元件，所述偏振变换元件用于将光变换为偏振方向与原偏振方向垂直的光，变换后的光被引导入射到所述合束装置；
所述合束装置用于将各路光汇合为一路光输出。
2.根据权利要求1所述的激光合束系统，其特征在于，所述反光装置的两个反光面相互垂直，高偏振度的激光以45度入射角入射到所述反光装置的两个反光面。
3.根据权利要求2所述的激光合束系统，其特征在于，在被所述反光装置反射出的第一路光的传播光路上设置有第一反射镜和第二反射镜，被所述反光装置反射出的第一路光以45度入射角入射到所述第一反射镜，被所述第一反射镜反射出的光以45度入射角入射到所述第二反射镜，所述第二反射镜将光反射到所述合束装置；
在被所述反光装置反射出的另一路光的传播光路上设置有第三反射镜，被所述反光装置反射出的另一路光以45度入射角入射到所述第三反射镜，在所述第三反射镜和所述合束装置之间光路上设置所述偏振变换元件，被所述偏振变换元件变换后的光被引导入射到所述合束装置。
4.根据权利要求1所述的激光合束系统，其特征在于，包括多个依次布置的所述合束单元，前一所述合束单元的合束装置输出的激光入射到后一所述合束单元的反光装置的两个反光面。
5.根据权利要求4所述的激光合束系统，其特征在于，在前一所述合束单元的合束装置输出光的光路上设置有用于将光变换为高偏振度光的偏振元件，变换后的光被引导入射到后一所述合束单元的反光装置。
6.根据权利要求1-5任一项所述的激光合束系统，其特征在于，所述反光装置为两个直角面都为反光面的刀锋直角棱镜。
7.根据权利要求1-5任一项所述的激光合束系统，其特征在于，所述偏振变换元件为半波片。
8.根据权利要求1-5任一项所述的激光合束系统，其特征在于，所述合束装置为偏振合束棱镜。
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