CN109713555A - 一种共孔径板条放大激光非相干合成装置 - Google Patents
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Abstract
一种共孔径板条放大激光非相干合成装置,包括:沿光路依次设置的种子激光源(1)、光束耦合对准模块(2)、板条激光增益模块(3)、光束光学变换模块(4)和衍射光学元件(5)。该装置将种子激光源(1)发射的多种波长的种子激光束通过光束耦合对准模块(2)输入到板条激光增益模块(3)进行激光放大,放大后的多种波长的激光束通过光束光学变换模块(4)进入衍射光学元件(5)进行合束,实现放大非相干合成激光的共孔径且共线输出。本发明采用板条激光增益模块(3),其增益窄化效应可在激光放大过程中压缩激光线宽,进而抑制合束后光束质量退化,而且,激光的放大过程基本不受非线性效应影响,大大提高了激光功率。
Description
技术领域
本发明涉及激光器领域,尤其是涉及一种共孔径板条放大激光非相干合成装置。
背景技术
目前,采用将多束激光合成为一束是获得高功率、高光束质量激光的重要方法,其思路在于将多路高光束质量的子激光进行合成,最终实现高光束质量、高功率输出,其主要实现方式包括相干合成和非相干合成。非相干合成各子激光器单元可以独立调节而无需对其相位、偏振态等参数进行控制,即可实现非相干的功率定标放大,因此拥有更大的研究价值和应用前景。
其中,光谱合成技术作为典型的非相干合成技术,是利用光谱合成器件(如:光栅、棱镜等)实现空间上分布排列的不同波长的子激光束进行共线合成,由于光谱合成不需对各子激光的相位、偏振、以及振幅进行控制就能实现合成光束在远场和近场保持较好的重叠,光束质量不随合成单元数目而改变,能够在实现高功率的同时达到高光束质量的目的,因此受到广泛关注。
当前,光谱合成的主流方案为密排布光纤激光器通过多层介质膜(MLD)的光栅光谱合成,该方案以密排布的不同中心波长但波长接近的光纤激光器作为子激光输入,多层介质膜(MLD)光栅作为光谱合成器件。但是,在合束的过程中,每个单路光纤子激光因受增益介质的非线性效应的影响,导致单纤功率水平无法进一步突破,从而导致合成后整体输出功率受到一定限制。
发明内容
本发明的目的是提供一种共孔径板条放大激光非相干合成装置,通过板条激光增益模块将种子激光源中多种波长的种子激光束的功率放大后进行非相干合成,突破单纤功率水平限制,进而实现高功率、高光束质量的激光输出。
为解决上述问题,本发明的第一方面提供了一种共孔径板条放大激光非相干合成装置,包括:沿光路依次设置的种子激光源、光束耦合对准模块、板条激光增益模块、光束光学变换模块和衍射光学元件;其中,种子激光源包含多个子激光源,多个子激光源出射的激光束的波长接近但不相同;光束耦合对准模块包括多个光束对准耦合头,多个光束对准耦合头在空间上成阵列分布;每个光束对准耦合头与一种波长的子激光源的出射口连接,以使多个子激光源出射的每种激光束通过光束耦合对准模块耦合准直后,以密集阵列分布的多个独立子孔径的形式从端面平行输入到板条激光增益模块中;板条激光增益模块对输入其内的每束种子激光束进行功率放大后,输出至光束光学变换模块;光束光学变换模块将从板条激光增益模块出射的多束激光束进行光学变换,使其射入衍射光学元件表面;衍射光学元件,设置在光束光学变换模块的焦平面处,将经由光束光学变换模块射入的多束激光束进行非相干光谱合成,实现高功率激光的共孔径输出。
进一步地,光束耦合对准模块还包括一个或多个指向调节单元;指向调节单元与多个光束对准耦合头连接;指向调节单元根据经过板条激光增益模块后的每束激光束在板条宽度方向的倾斜像差,分别对光束耦合对准模块中每个光束对准耦合头的指向调节,以减小每个子激光束在板条宽度方向的倾斜像差。优选的,所述指向调节单元可通过半主动调节V型槽中的光束对准耦合头和点胶固定来实现,也可以通过自动调节光束对准耦合头下方的转动平移台来实现。
进一步地,多个子激光源出射的激光束的波长相近为:多个子激光源发射的每一种波长在所述板条激光增益模块中增益介质的发射谱范围内。
进一步地,板条激光增益模块中增益介质的发射谱线线宽大于等于5nm,每种子激光源出射的激光束线宽小于等于0.1nm。
进一步地,种子激光源为光纤激光器阵列或匹配有微透镜阵列的固体激光器。
进一步地,多个光束对准耦合头在空间上呈密集阵列分布,以使其出射的多束不同波长的子激光束空间排布紧密,使得任意两种激光束的间距小于每个子激光束截面直径的1.0~2.0倍。
进一步地,还包括:泵浦源模块,与板条激光增益模块相对设置,为板条激光增益模块提供高亮度泵浦激励。
进一步地,泵浦源模块为半导体激光Bar条阵列或基于尾纤半导体激光的经过合束器后的高亮度泵浦源。
进一步地,还包括冷却模块,设置在板条激光增益模块的上底面和下底面,以对板条激光增益模块进行冷却。
进一步地,衍射光学元件为刻线密度大于200线/mm的多层电介质光栅。
本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果:
(1)本发明实施例采用板条激光增益模块对多束子激光进行放大,板条增益介质为固体介质,固体介质的增益窄化效应可在激光放大过程中压缩激光光谱线宽,进而抑制合束后光束质量退化;并且,板条增益介质为固体介质,使得激光的放大过程基本不受非线性效应影响,因此,板条增益介质输出的每束激光的峰值功率可比光纤激光高至少一个数量级,进而使得本发明实施例提供的装置在高功率光谱合成中无需使用大量高功率光纤激光器,故激光头更轻小、集成度更高。
(2)本发明实施例提供的共孔径板条放大激光非相干合成装置,通过光束耦合对准模块将多个子激光源的多种波长的种子激光束密集排布通过板条增益介质,这样能够基本消除一束大尺寸光束通过板条增益介质容易产生的高阶空间像差,每个子激光束主要存在板条宽度方向一个倾斜像差;通过调节每种波长的种子激光束的光束对准耦合头的位置,补偿该倾斜量,可消除该倾斜像差,无需采用自适应光学系统(AO系统),装置结构简单且可靠性较高。
(3)本发明实施例提供的共孔径板条放大激光非相干合成装置,设计多种波长的种子激光通过板条激光增益模块单程放大,且只采用单光栅进行光谱合成,光学元件较少,系统可靠性更好。
附图说明
图1是根据本发明第一实施方式的共孔径板条放大激光非相干合成装置的结构示意图;
图2(a)示意性地示出第一实施方式的光束耦合对准模块的俯视图;
图2(b)示意性地示出第一实施方式的光束耦合对准模块的前视图;
图3(a)示意性地示出第一实施方式的板条增益模块的结构示意图;
图3(b)为图3(a)的局部放大图;
图4是根据本发明实施例1的一种板条增益模块增益谱图;
附图标记:
1:种子激光源;1-1、1-2、…1-n:子激光源;
2:光束耦合对准模块;2-1、2-2、…2-n:光束对准耦合头;
3:板条激光增益模块;4:光束光学变换模块;
5:衍射光学元件;6:泵浦源模块;7:冷却模块。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了,下面结合具体实施方式并参照附图,对本发明进一步详细说明。应该理解,这些描述只是示例性的,而并非要限制本发明的范围。此外,在以下说明中,省略了对公知结构和技术的描述,以避免不必要地混淆本发明的概念。
图1是根据本发明第一实施方式的共孔径板条放大激光非相干合成装置的结构示意图。如图1所示,该装置包括:沿光路依次设置的种子激光源1、光束耦合对准模块2、板条激光增益模块3、光束光学变换模块4和衍射光学元件5。
本发明第一实施方式的种子激光源1由输出多种波长的光纤激光器阵列实现。种子激光源1的n个子激光源出射的激光束的波长接近但不相同。例如,选取波长范围在1027~1031的5个不同波长的种子激光器,这五种不同波长的激光器输出光纤通过连接光束耦合对准模块2,输出激光在空间成一维阵列结构。
需要说明的是,多个子激光源出射的激光束的波长相近,是指每一束子激光束的波长需在板条增益模块3的增益介质的增益谱线的覆盖范围内。该波长是否相近,可根据增益介质的不同而视情况而定。如果某一个子激光源出射的激光束的波长不在增益介质谱线宽的覆盖内,则板条增益模块3无法将该子激光源进行放大。
图2(a)示意性地示出第一实施方式的光束耦合对准模块的前视图;图2(b)示意性地示出第一实施方式的光束耦合对准模块俯视图。
图2(a)和图2(b)体现了本发明第一实施方式的光束耦合对准模块2的具体形式。第一实施方式的光束耦合对准模块2由多个光纤对准耦合头组成。该实施方式中种子激光源1包括n个子激光源,由n束光纤输出,n束输出光纤与n个光纤对准耦合头连接,光束耦合对准模块2的n个光束对准耦合头处于环氧树脂层B中,每个光束对准耦合头直径为1mm,两个光束对准耦合头间距为1.5mm,环氧树脂层B固定于硅层A和硅层C之间。
多个子激光源1-1、1-2、…1-n出射的每种激光束通过光束耦合对准模块2耦合准直后,以独立子孔径的形式平行输入到板条激光增益模块3中。
优选的,多个光束对准耦合头2-1、2-2、…2-n在空间上呈密集阵列分布,以使其出射的多束不同波长的子激光束空间排布紧密,使得任意两个激光束的间距不超过每个子激光束截面直径的1.0~2.0倍,使得多束光束的空间排布非常紧密,能够实现对板条激光增益模块3在宽度方向上的高比例填充,一方面提高光谱合束的效率,同时,多束光束的空间紧密排布平行入射板条激光增益模块3,每个子激光束均只感受到板条宽度方向的倾斜像差,便于通过调节光束耦合对准模块2对该倾斜像差进行预补偿。
还需要说明的是,如果该多个光束对准耦合头2-1、2-2、…2-n在空间上排布不密集,那么很有可能子激光束在经过板条激光增益模块3后,子激光束在板条宽度方向的填充比不足,导致对板条储能提取不足。
板条激光增益模块3,对输入其内的每束种子激光束进行功率放大后,输出至光束光学变换模块4。
具体地,多种波长的种子激光源1发出的多种波长的子激光束在经过板条激光增益模块3之后进行高效功率提取,实现激光放大,并保持各激光束原有的光谱特性后输出至光束光学变换模块4。
为保证多波长激光的有效放大,板条激光增益模块3中的增益介质的增益谱应对多波长种子激光源1发出的多波长种子激光的光谱进行完全覆盖,因此需激光增益模块3所采取的增益介质具备较宽发射谱(发射谱线宽不小于5nm);多波长种子激光源1发出的多波长种子激光应各自具有很窄的线宽(线宽一般不超过0.1nm),以保证衍射光学元件5的色散效应导致的光束质量退化可控,并在板条增益介质发射谱内实现足够多的输入通道数。为使得合束后的激光功率较高,本发明应充分利用增益频谱。
具体地,板条激光增益模块3的增益介质选用具有宽发射谱的激光增益介质,优选为Yb:YAG晶体或Yb:YAG透明陶瓷,对于其它稀土离子掺杂的氧化物晶体或透明陶瓷材料也可以应用,视具体波段的离子发射谱宽度和可选择的光源而定。
图3(a)示意性地示出第一实施方式的板条增益模块的结构示意图;图3(b)为图3(a)的局部放大图。
如图3所示,该板条激光增益介质3为长条状,其上底面和下底面为矩形,左端面和右端面为倾斜切面,端面形状为矩形,其前面和后面形状为平行四边形。在图3所示的实施方式中,宽箭头表示种子激光束和放大输出光束的光路,窄箭头表示泵浦光。该子激光束从左端面满足全内反射条件进入板条激光增益介质3中,在板条激光增益介质3内的光路为“之”形状(参见图4),经过放大后,从右端面输出。一方面,这种光路会使得光路在增益介质中行走光程较大,激光的放大效率较高;另一方面,这种光路对板条激光增益介质冷却的热梯度不敏感,有助于板条激光增益模块3在高平均功率下运转。
可选的,板条激光增益模块3的运转模式可以是连续运转,或者是准连续运转。
光束光学变换模块4将从板条激光增益模块3出射的多种波长的光束进行光学变换,并使其合理入射到衍射光学元件5表面。
可选的,光束光学变换模块4为镀有高透射膜的透镜组合,例如,镀有高透射膜的球面透镜和镀有高透射膜的柱面透镜的组合。光束光学变换模块4对多种波长的激光束进行缩束、整形等光学变换,使多种波长的激光束能够同时射入衍射光学元件5表面。
衍射光学元件5设置在光束光学变换模块4的焦平面处,将经由光束光学变换模块4射入的多束激光束进行共孔径非相干光谱合成后输出。
具体地,多种波长的激光经过板条激光增益模块3的放大后,通过光束光学变换模块4以后,以与其波长相对应的角度照射在衍射光学元件5的同一区域,经过非相干光谱合束后实现共孔径共线输出,合束过程需对衍射光学元件5上的光束尺寸进行控制,以抑制色散对子束光束质量的影响,且控制光束整体功率密度,不损坏衍射光学元件5。
可选的,衍射光学元件5为刻线密度大于200线/mm的多层电介质光栅。
在一个优选的实施例中,光束耦合对准模块2还包括一个或多个指向调节单元,调节单元与多个所述光束对准耦合头(2-1、2-2、…2-n)连接。
具体地,指向调节单元根据经过板条激光增益模块3后的每个子激光束的指向偏差,分别对光束耦合对准模块2中每个光束对准耦合头的指向调节,以减小每个子激光束在板条宽度方向的倾斜像差,从而对每个子激光束经过板条激光增益模块3后沿板条宽度方向的倾斜像差进行预先补偿。
可选的,指向调节单元可通过半主动调节V型槽(图2(b)中光束对准耦合头2-1下即为v型槽)中的光束对准耦合头和点胶固定来实现,也可以通过自动调节光束对准耦合头下方的转动平移台来实现。
可选的,指向调节单元可以是角度转动装置,光束对准耦合头位于该角度转动装置上,通过调整角度转动装置的角度,调节光束对准耦合头,以调节从耦合头射出的激光的指向。
需要特别说明的是,由于激光光束经过板条激光增益模块后,容易产生严重相差,必须采取自适应光学(AO)系统进行修正才能保证较好的光束质量,所以在本领域没有技术人员采用板条激光增益模块为多束子激光束进行功率放大后再进行非相干合束。本发明将多束子激光束采用密排布的形式平行通过板条激光增益模块,这样能够基本消除光束通过板条增益介质容易产生的高阶空间像差,每个子激光束主要存在板条宽度方向一个倾斜像差,而该单方向倾斜相差可以通过指向调整单元对每一束子激光束的对准耦合头的指向进行调节,从而得到减小甚至可消除该相差,使得本发明提出的“使用板条激光增益模块对多束子激光束的功率放大后非相干光谱合成”方案得以实现,在不采取复杂的AO系统时可保证输出激光的光束质量。
在一个具体的实施例中,上述装置还包括:泵浦激光源模块6,与所述板条激光增益模块3相对设置,为板条激光增益模块3提供高亮度的泵浦激励。
具体地,泵浦激光源模块6可以是半导体激光Bar条阵列,也可以是基于尾纤LD的经过合束器后的高亮度泵浦源。
在一个具体的实施例中,上述装置还包括:还包括冷却模块,设置在板条激光增益模块3的上底面和下底面对板条激光增益模块3冷却。板条介质中的激光光路为之字形(zigzag)光路,所述光路设计对板条冷却导致的热梯度不敏感,有助于板条激光增益模块4在高平均功率下运转。可选的,冷却装置为金属热沉。
下述将分不同的实施例给出共孔径板条放大激光非相干合成装置的参数。
实施例1
本发明实施例1给出了共孔径板条放大激光非相干合成装置的主要参数,未示出的参数为本领域常规的参数。
1)种子光源1选取以下参数:
1.1)种子激光排布类型:光纤激光阵列结构。
1.2)波长范围:1027~1031(光谱宽度5nm)。
1.3)每一个子激光的功率:100W。
1.4)单路光纤激光器放大后功率:500W。
1.5)线宽:0.1nm。
1.6)种子激光数目:5台
2)泵浦激光源模块选取以下参数:
2.1)尾纤耦合LD,其泵源波长:940nm
3)板条激光增益模块选取以下参数:
3.1)增益介质:Yb:YAG板条
3.2)放大器结构:采用当前生长/制备工艺都较为成熟的键合晶体,以减少热效应影响
4)光谱合成光栅:多层电介质光栅,其线密度为1700线/mm
5)光谱合成结果
5.1)合成效率:90%
5.2)合成后总功率:2250W
5.3)运转模式:连续运转(CW)
5.4)光束质量:β≤2
Yb:YAG晶体的增益带宽可达10nm,峰值增益75%处的宽度约5nm(参见图4)。本实施例1中使用5束光纤激光组成的一维阵列作为种子光,设计光谱间距0.4nm,光谱线宽<50GHz,设计平均输出功率为100W。
通过以上参数对多束子激光束进行非相干合束,计算得到合成效率为95%,合成后总功率:2375W。放大器的运转模式为连续运转(CW)。可见,采用本发明实施例1进行非相干合束,在保证光束质量(β≤2)的同时,能够大幅度提高功率。
在实施例1中使用5束光纤激光组成的一维阵列作为种子光源,注入一个高功率的Yb:YAG板条放大器,经过板条单通放大后进行光谱合成,每个子束主要感受到板条宽度方向上的一个倾斜像差,通过精确调整每个光束耦合头中各子激光束的指向,实现对板条宽度方向像差的补偿。板条厚度方向主要体现为一个离焦量。因此,全系统无需再使用AO技术补偿该倾斜量。实施例1提供的共孔径板条放大激光非相干合成装置结构简单,并且合束效果较好。
其中,Yb:YAG板条的上底面和下底面都焊接在紫铜微通道热沉上,通过传导冷却将装置中的废热带走,这种金属热沉传导冷却的方式能够满足系统可靠性要求。Yb:YAG板条两端键合无掺杂的YAG晶体,尾纤耦合LD的泵浦光经过波导匀化后,从板条的两个底端面窗口注入板条。激光束在板条内沿厚度-长度方向以“之字形”光路前进,以补偿最严重的、来自上下底面冷却导致的温度梯度导致的热透镜效应。
需要说明的是,实施例1提供的共孔径板条放大激光非相干合成装置的输出激光无需进行再整形,多个子激光束从板条激光增益模块的左端面进入,在板条激光增益模块中经过多次反射,从板条增益模块的右端面射出,实现单通放大,使得实施例1中的共孔径板条放大激光非相干合成装置的可靠性更强。并且,实施例1提供的装置分离器件非常少,能够大幅度提高激光头在复杂力学条件下的可靠性。
由于5种波长的光束之间排列比较密集,因此,这5中波长的光束基本只感受到同一个方向的倾斜量,即沿着板条宽度方向的热畸变。可通过调整每束子激光束所对应的光束对准耦合头的指向来补偿该倾斜量。因此,注入板条增益模块的光纤激光阵列类似于一个一维变形镜,能够显著地校正沿着板条宽度方向的热畸变。因此,本实施例采用调整光束对准耦合头的位置,校正沿着板条宽度方向的热畸变,无需采用复杂的AO系统校正,大幅度提高了非相干合成装置在复杂力学条件下的可靠性。
实施例2
1)种子光源1选取以下参数:
1.1)种子激光排布类型:棒状固体激光阵列。
1.2)波长范围:1027~1031(光谱宽度5nm)。
1.3)每一个子激光的功率:50W。
1.4)单路光纤激光器放大后功率:200W。
1.5)单路线宽:0.1nm。
1.6)种子激光数目:5台
2)泵浦激光源模块选取以下参数:
2.1)半导体激光Bar条泵浦,泵浦源波长:940nm
3)板条激光增益模块选取以下参数:
3.1)增益介质:Yb:YAG透明陶瓷
3.2)放大器结构:采用当前生长/制备工艺都较为成熟的键合陶瓷材料,以减少热效应影响
3.3)利用增益带宽:8nm
4)光谱合成光栅:多层电介质光栅,其线密度为1700线/mm
5)光谱合成结果
5.1)合成效率:95%
5.2)合成后总功率:950W
5.3)运转模式:非运转(QCW)
5.4)光束质量:β≤2
通过以上参数进行非相干合束,计算得到合成效率为95%,合成后总功率:950W。放大器的运转模式为准连续运转(QCW)。可见,采用本发明实施例2进行非相干合束,在保证光束质量的同时,能够大幅度提高功率。
应当理解的是,本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理,而不构成对本发明的限制。因此,在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。此外,本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
Claims (10)
1.一种共孔径板条放大激光非相干合成装置,其特征在于,包括:沿光路依次设置的种子激光源(1)、光束耦合对准模块(2)、板条激光增益模块(3)、光束光学变换模块(4)和衍射光学元件(5);其中,
所述种子激光源(1)包含多个子激光源(1-1、1-2、…1-n),所述多个子激光源(1-1、1-2、…1-n)出射的激光束的波长接近但不相同;
所述光束耦合对准模块(2)包括多个光束对准耦合头(2-1、2-2、…2-n),多个所述光束对准耦合头(2-1、2-2、…2-n)在空间上成阵列分布;多个所述光束对准耦合头与多个所述子激光源的出射口一一对应连接,以使所述多个子激光源(1-1、1-2、…1-n)出射的每种激光束通过所述光束耦合对准模块(2)耦合准直后,以密集阵列分布的多个独立子孔径的形式平行输入到所述板条激光增益模块(3)中;
所述板条激光增益模块(3)对输入其内的每束种子激光束进行功率放大;
所述光束光学变换模块(4)将从所述板条激光增益模块(3)出射的多束激光束进行光学变换,使其入射到所述衍射光学元件(5)表面;
所述衍射光学元件(5)设置在所述光束光学变换模块(4)的焦平面处,将经由所述光束光学变换模块(4)入射的多束激光束进行非相干光谱合成,实现高功率激光的共孔径输出。
2.根据权利要求1所述的共孔径板条放大激光非相干合成装置,其特征在于,所述光束耦合对准模块(2)还包括一个或多个指向调节单元;
所述指向调节单元与多个所述光束对准耦合头(2-1、2-2、…2-n)连接;
所述指向调节单元根据经过所述板条激光增益模块(3)后的每束激光束在板条宽度方向的倾斜像差,分别对所述光束耦合对准模块(2)中每个所述光束对准耦合头的指向调节,以减小每个子激光束在板条宽度方向的倾斜像差,优选的,所述指向调节单元可通过半主动调节V型槽中的光束对准耦合头和点胶固定来实现,也可以通过自动调节光束对准耦合头下方的转动平移台来实现。
3.根据权利要求1所述的共孔径板条放大激光非相干合成装置,其特征在于,所述多个子激光源(1-1、1-2、…1-n)出射的激光束的波长相近为:
所述多个子激光源(1-1、1-2、…1-n)发射的每一种波长在所述板条激光增益模块(3)中增益介质的发射谱范围内。
4.根据权利要求3所述的共孔径板条放大激光非相干合成装置,其特征在于,所述板条激光增益模块(3)中的增益介质具体可以为Yb:YAG晶体,Yb:YAG透明陶瓷,或者为其它稀土离子(例如:Nd3+、Tm3+、Er3+、Ho3+、Ti3+)掺杂的晶体或透明陶瓷材料。所述板条激光增益模块(3)中的增益介质的发射谱线线宽大于等于5nm,所述种子激光源(1)的每个子激光源出射的激光束线宽小于等于0.1nm。
5.根据权利要求1所述的共孔径板条放大激光非相干合成装置,其特征在于,所述子激光源为光纤激光器或匹配有微透镜的固体激光器。
6.根据权利要求1所述的共孔径板条放大激光非相干合成装置,其特征在于,多个所述光束对准耦合头(2-1、2-2、…2-n)在空间上呈密集阵列分布,以使其出射的多束不同波长的子激光束空间排布紧密,使得任意两个激光束的间距不超过每个子激光束截面直径的1.0~2.0倍。
7.根据权利要求1所述的共孔径板条放大激光非相干合成装置,其特征在于,还包括泵浦源模块(6),与所述板条激光增益模块(3)相对设置,为所述板条激光增益模块(3)提供高亮度泵浦激励。
8.根据权利要求7所述的共孔径板条放大激光非相干合成装置,其特征在于,所述泵浦源模块(6)为半导体激光Bar条阵列或基于尾纤半导体激光的经过合束器后的高亮度泵浦源。
9.根据权利要求1所述的共孔径板条放大激光非相干合成装置,其特征在于,还包括冷却模块(7),设置在所述板条激光增益模块(3)的上底面和下底面,以对所述板条激光增益模块(3)进行冷却;所述板条激光增益模块(3)中的激光光路为之字形(zigzag)光路。
10.根据权利要求1所述的共孔径板条放大激光非相干合成装置,其特征在于,所述衍射光学元件(5)为刻线密度大于200线/mm的多层电介质光栅。
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Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111258077A (zh) * | 2020-02-07 | 2020-06-09 | 西北大学 | 矩形光斑的激光合束装置及合束方法 |
CN112202041A (zh) * | 2020-10-12 | 2021-01-08 | 中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院 | 一种脉冲光纤激光器及工作方法 |
WO2021114792A1 (zh) * | 2019-12-13 | 2021-06-17 | 华为技术有限公司 | 一种增益调节器、增益调节方法以及光线路终端 |
CN112993732A (zh) * | 2019-12-17 | 2021-06-18 | 华为技术有限公司 | 一种光放大装置以及通过光放大装置的信号放大方法 |
CN113823996A (zh) * | 2021-07-28 | 2021-12-21 | 中国工程物理研究院应用电子学研究所 | 一种实现高功率近衍射极限半导体激光的方法及系统 |
CN113948956A (zh) * | 2021-10-18 | 2022-01-18 | 浙江热刺激光技术有限公司北京分公司 | 光谱加宽系统及激光放大光谱加宽方法 |
CN116381952A (zh) * | 2023-05-19 | 2023-07-04 | 西安炬光科技股份有限公司 | 光学整形组件、光学系统及激光雷达 |
CN117096709A (zh) * | 2023-10-17 | 2023-11-21 | 北京盛镭科技有限公司 | 一种超短脉冲激光放大装置及方法 |
CN117134178A (zh) * | 2023-10-27 | 2023-11-28 | 武汉光谷航天三江激光产业技术研究院有限公司 | 一种利用激光冷却的高稳定光谱合成方法和装置 |
Citations (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1998030929A1 (de) * | 1997-01-11 | 1998-07-16 | Ldt Gmbh & Co. Laser-Display-Technologie Kg | Verfahren und vorrichtung zum erzeugen eines kohärenten lichtbündels |
CN1845396A (zh) * | 2006-03-22 | 2006-10-11 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 环形行波腔多输出光束相干合成装置 |
US20070047600A1 (en) * | 2005-08-15 | 2007-03-01 | Pavilion Integration Corportation | Low-Noise Monolithic Microchip Lasers Capable of Producing Wavelengths Ranging From IR to UV Based on Efficient and Cost-Effective Frequency Conversion |
CN101639601A (zh) * | 2008-08-01 | 2010-02-03 | 中国科学院理化技术研究所 | 光束合成方法 |
US20110058249A1 (en) * | 2009-09-04 | 2011-03-10 | Lawrence Livermore National Security, Llc | Method and system for compact and efficient high energy pulsed laser amplifier |
EP1706922B1 (en) * | 2003-12-18 | 2011-08-24 | Yeda Research And Development Co., Ltd. | Laser resonator cavity configuration |
CN102621695A (zh) * | 2012-03-22 | 2012-08-01 | 华中科技大学 | 一种脉冲激光合束方法 |
CN102801106A (zh) * | 2012-07-30 | 2012-11-28 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 多链板条激光相干控制共孔径偏振合成方法 |
US9134538B1 (en) * | 2013-02-06 | 2015-09-15 | Massachusetts Institute Of Technology | Methods, systems, and apparatus for coherent beam combining |
CN105811245A (zh) * | 2016-05-18 | 2016-07-27 | 上海高意激光技术有限公司 | 一种激光阵列合束装置 |
US20170179666A1 (en) * | 2014-02-03 | 2017-06-22 | Fraunhofer-Gesellschaft Zur Forderung Der Angewandten Forschung E.V. | Optical Array Comprising a Beam Splitter |
CN107272214A (zh) * | 2017-07-05 | 2017-10-20 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 利用光栅与反射元件实现两次衍射压缩谱宽的光谱合束装置 |
CN108614332A (zh) * | 2018-07-24 | 2018-10-02 | 大连优迅科技有限公司 | 一种多路光高速传输发射装置 |
CN208367346U (zh) * | 2018-06-06 | 2019-01-11 | 上海飞博激光科技有限公司 | 一种密集光纤阵列光谱合束装置 |
-
2019
- 2019-03-14 CN CN201910193759.9A patent/CN109713555B/zh active Active
Patent Citations (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1998030929A1 (de) * | 1997-01-11 | 1998-07-16 | Ldt Gmbh & Co. Laser-Display-Technologie Kg | Verfahren und vorrichtung zum erzeugen eines kohärenten lichtbündels |
EP1706922B1 (en) * | 2003-12-18 | 2011-08-24 | Yeda Research And Development Co., Ltd. | Laser resonator cavity configuration |
US20070047600A1 (en) * | 2005-08-15 | 2007-03-01 | Pavilion Integration Corportation | Low-Noise Monolithic Microchip Lasers Capable of Producing Wavelengths Ranging From IR to UV Based on Efficient and Cost-Effective Frequency Conversion |
CN1845396A (zh) * | 2006-03-22 | 2006-10-11 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 环形行波腔多输出光束相干合成装置 |
CN101639601A (zh) * | 2008-08-01 | 2010-02-03 | 中国科学院理化技术研究所 | 光束合成方法 |
US20110058249A1 (en) * | 2009-09-04 | 2011-03-10 | Lawrence Livermore National Security, Llc | Method and system for compact and efficient high energy pulsed laser amplifier |
CN102621695A (zh) * | 2012-03-22 | 2012-08-01 | 华中科技大学 | 一种脉冲激光合束方法 |
CN102801106A (zh) * | 2012-07-30 | 2012-11-28 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 多链板条激光相干控制共孔径偏振合成方法 |
US9134538B1 (en) * | 2013-02-06 | 2015-09-15 | Massachusetts Institute Of Technology | Methods, systems, and apparatus for coherent beam combining |
US20170179666A1 (en) * | 2014-02-03 | 2017-06-22 | Fraunhofer-Gesellschaft Zur Forderung Der Angewandten Forschung E.V. | Optical Array Comprising a Beam Splitter |
CN105811245A (zh) * | 2016-05-18 | 2016-07-27 | 上海高意激光技术有限公司 | 一种激光阵列合束装置 |
CN107272214A (zh) * | 2017-07-05 | 2017-10-20 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 利用光栅与反射元件实现两次衍射压缩谱宽的光谱合束装置 |
CN208367346U (zh) * | 2018-06-06 | 2019-01-11 | 上海飞博激光科技有限公司 | 一种密集光纤阵列光谱合束装置 |
CN108614332A (zh) * | 2018-07-24 | 2018-10-02 | 大连优迅科技有限公司 | 一种多路光高速传输发射装置 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
李霄: "《板条激光放大器相干合成技术研究》", 《中国博士学位论文全文数据库》 * |
Cited By (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112993731B (zh) * | 2019-12-13 | 2022-10-04 | 华为技术有限公司 | 一种增益调节器、增益调节方法以及光线路终端 |
WO2021114792A1 (zh) * | 2019-12-13 | 2021-06-17 | 华为技术有限公司 | 一种增益调节器、增益调节方法以及光线路终端 |
CN112993731A (zh) * | 2019-12-13 | 2021-06-18 | 华为技术有限公司 | 一种增益调节器、增益调节方法以及光线路终端 |
CN112993732A (zh) * | 2019-12-17 | 2021-06-18 | 华为技术有限公司 | 一种光放大装置以及通过光放大装置的信号放大方法 |
CN111258077B (zh) * | 2020-02-07 | 2021-06-08 | 西北大学 | 矩形光斑的激光合束装置及合束方法 |
CN111258077A (zh) * | 2020-02-07 | 2020-06-09 | 西北大学 | 矩形光斑的激光合束装置及合束方法 |
CN112202041A (zh) * | 2020-10-12 | 2021-01-08 | 中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院 | 一种脉冲光纤激光器及工作方法 |
CN113823996A (zh) * | 2021-07-28 | 2021-12-21 | 中国工程物理研究院应用电子学研究所 | 一种实现高功率近衍射极限半导体激光的方法及系统 |
CN113823996B (zh) * | 2021-07-28 | 2023-01-03 | 中国工程物理研究院应用电子学研究所 | 一种实现高功率近衍射极限半导体激光的方法及系统 |
CN113948956A (zh) * | 2021-10-18 | 2022-01-18 | 浙江热刺激光技术有限公司北京分公司 | 光谱加宽系统及激光放大光谱加宽方法 |
CN116381952A (zh) * | 2023-05-19 | 2023-07-04 | 西安炬光科技股份有限公司 | 光学整形组件、光学系统及激光雷达 |
CN116381952B (zh) * | 2023-05-19 | 2023-09-12 | 西安炬光科技股份有限公司 | 光学整形组件、光学系统及激光雷达 |
CN117096709A (zh) * | 2023-10-17 | 2023-11-21 | 北京盛镭科技有限公司 | 一种超短脉冲激光放大装置及方法 |
CN117134178A (zh) * | 2023-10-27 | 2023-11-28 | 武汉光谷航天三江激光产业技术研究院有限公司 | 一种利用激光冷却的高稳定光谱合成方法和装置 |
CN117134178B (zh) * | 2023-10-27 | 2024-02-13 | 武汉光谷航天三江激光产业技术研究院有限公司 | 一种利用激光冷却的高稳定光谱合成方法和装置 |
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