CN112600057A - 一种消除相干合束中束间空间抖动及优化光束质量的方法 - Google Patents

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Abstract

一种消除相干合束中束间空间抖动及优化光束质量的方法，步骤包括：①利用聚焦透镜将合束激光会聚，并确定焦点位置；②将调整架与毛细管连接，并将入射端置于聚焦透镜焦点位置；③精确调节毛细管入射端面位置和角度；④精确调节毛细管出射端面的位置与角度。本发明应用于激光相干合束，能够有效地消除相干合束中束间空间抖动和光束干涉，从而提高合束激光输出指向稳定性，优化光束质量，其承受能量高，覆盖波长范围广，具有原理清晰、结构简单、操作便捷、效率高的特点。

Description

一种消除相干合束中束间空间抖动及优化光束质量的方法
技术领域
本发明涉及激光相干合束，特别是一种消除相干合束中束间空间抖动及优化光束质量的方法。
背景技术
激光发展至今，种类多样，应用各异，包括高能激光系统、空间光通信、激光雷达、强场物理研究以及光电对抗等诸多领域，都需要高光束质量的激光。单一激光器受增益饱和、热效应、光学元件损伤阈值等因素的影响，存在着输出功率的极限，而多光束相干合成被认为是一种获得高功率、高亮度和高光束质量的有效手段。
相干合束是基于激光的相位、光场分布、偏振以及光谱等光谱特性，通过折射、反射及衍射等光学效应，将多束低功率光束耦合成一束高功率的激光输出，同时还保持较高的光束质量，使得激光器输出光束亮度与功率获得极大提升，是大幅提升激光输出功率和辐射亮度的有效手段。但是，此合束方法要求被合束的多路激光束在波长和偏振方向上相一致，同时还必须有着固定的相位差。常见的相干合束方法包括空间合束、光谱合束以及偏振合束等，这些合束方法往往对合束激光束在时空重合上具有非常严格的要求。
在实际的实验过程中，由于激光系统中镜架稳定性差、空气扰动等因素的影响，会造成合束激光束间空间抖动，从而造成在多束激光彼此在空间位置上分开、相位差不一致，从而使得输出的合束激光的稳定性差、合束效率低，甚至会造成激光合束无法实现。同时，由于在合束过程中，由于两束激光的相互干涉，造成合束后的光斑形状变差，造成合束的光束质量变差。
因此，消除相干合束中束间空间抖动，提高光束质量，是提高相干合束稳定性与提升相干合束效率的关键所在。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的上述问题，提供一种消除相干合束中束间空间抖动及优化光束质量的方法，该方法具有原理清晰、结构简单、操作便捷、效率高的特点。
本发明的技术解决方案如下：
一种消除相干合束中束间空间抖动及优化光束质量的方法，其特点在于该方法包括下列步骤：①利用聚焦透镜将合束激光会聚，并确定焦点位置；②将调整架与毛细管连接，并将入射端置于聚焦透镜焦点位置；③调节毛细管入射端面位置和角度；④调节毛细管出射端面的位置与角度。
该方法的具体步骤如下：
①利用聚焦透镜将合束激光会聚，并确定焦点位置：对于多束时空相干激光，先用聚焦透镜会聚，且保证激光在入射到聚焦透镜时，关于聚焦透镜中心轴线对称；利用探片或光束质量分析仪寻找到会聚光束的焦点位置；
②将调整架与毛细管连接，并将入射端置于聚焦透镜焦点位置：将毛细管与入射端调整架、出射端调整架连接固定，将入射端调整架置于透镜焦点位置附近，前后移动入射端调整架，使得聚焦透镜焦平面与毛细管入射端面重合；所述的毛细管需保持水平拉直状态；
③调节毛细管入射端面位置和角度：调节入射端调整架的左右、上下、俯仰角和左右偏转角，使得聚焦后的激光束能够完全、对称地进入毛细管中；
④调节毛细管出射端面的位置与角度：调节出射端调整架的伸缩，使得毛细管保持拉直紧绷状态；通过调节出射端调整架的俯仰角、左右偏转角，使得出射的激光能够保持良好的光斑形状输出。
所述的聚焦透镜置于由底座和二维平移台组成的调节机构上，具有上下平移、左右平移和前后平移的调节能力。
所述的入射端调整架具有四维调节能力，该入射端调整架具有左右、上下、俯仰角和左右偏转角的调节能力。
所述的出射端调整架具有二维调节能力以及伸缩能力，该出射端调整架具有俯仰角、左右偏转角和伸缩的调节能力。
所述的聚焦透镜的中心轴线与毛细管的入射、出射端面的中心轴线须重合。
本发明的原理如下：
多束激光束经聚焦透镜聚焦后，在焦点处的光斑直径非常小，并且能够重合于焦点位置，进而入射进毛细管中。通过调节入射端调整架的左右、上下位置来保证入射光束能够完整地进入毛细管内，并且调节毛细管的俯仰角和左右偏转角以保证多束激光束在进入毛细管时能够处于对称状态。毛细管的结构一般是中空的熔石英细管，特殊的也有用金属的，或者在熔石英的管子的内壁上镀上特殊的膜系等，一方面，毛细管可依据入射光斑大小而选择不同芯径，另一方面，毛细管的内气体的电离阈值也远高于固体材料，可承受高能量的激光脉冲的传输。毛细管的波导结构由于边界条件的限制导致只有特定的横向电磁场分布才能在其中传播，而入射的合束激光束，由于毛细管的限制，在传输过程中能够保持空间上的重合，从而消除由于光路中镜架抖动、空气抖动等带来的相干合束激光束间空间稳定性差的问题。同时，通过出口的出射端调整架，可以调节毛细管的伸缩状态以保证高效率的合束激光输出，并且通过调节其俯仰角和左右偏转角以调整激光输出的方向和光斑形状。
与现有技术向，本发明的优点：
1、本发明能够有效地消除激光相干合束时，因空气扰动、镜架不稳等带来的束间空间抖动。
2、本发明能够有效地改善激光相干合束时，因激光干涉引起的光束质量变差。
3、本发明采用毛细管限制、传导激光束，能够承受高能量激光脉冲的传输，入射激光光谱覆盖范围广，可覆盖可见光至红外波段的激光，并且传输效率高，出射激光方向性好。
4、本发明采用了具有四维调节能力的入射端调整架以及具有二维调节能力和伸缩能力的出射端调整架，当进行相干合束实验时，能有精确、有效地调节毛细管入射与出射的位置和角度。
5、本发明具有原理清晰、结构简单、操作便捷的特点。
附图说明
图1为本发明消除相干合束中束间空间抖动及光优化束质量的方法的原理性示意图。
图2为多光束入射毛细管后合束为单光束。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
请先参阅图1，图1为本发明消除相干合束中束间空间抖动及优化光束质量的方法的原理性示意图。由图可见，应用该方法时，所用的装置和部件包括聚焦透镜1、入射端调整架2、出射端调整架3和毛细管4.
由于需要保证多光束聚焦后，毛细管4入射端面能够位于聚焦透镜1焦平面上，所述的聚焦透镜1应该可以三维可调：以激光传播方向，能够上下、左右、前后调节。在本实施例中，聚焦透镜1固定在二维平移台上，由上下可调的底座支撑。同时，由于激光相干合束的要求，需要保证多束激光在聚焦后能够重合进入毛细管4，因此所述的入射端调整架2应该具有四维调节能力，能够上下、左右移动，调节俯仰角和左右偏转角，以保证入射的激光束能够完全进入毛细管4中，避免损伤毛细管内壁。所述的出射端调整架3应该具有二维调节能力和伸缩能力，能够调节俯仰角和左右偏转角，从而保证毛细管4在传导激光时保持拉直紧绷状态，以及调节出射光的出射方向和光斑形状。在实例中，我们采用了few-cycle公司的调整架。所述毛细管4的芯径需依据实际焦点光斑大小选择合适的芯径大小，以减小入射端的激光损耗。
一种消除相干合束中束间空间抖动及优化光束质量的方法，(参见图1，图2)，包括下列步骤：
①利用聚焦透镜将合束激光会聚，并确定焦点位置：对于多束时空相干激光，先用聚焦透镜1会聚，且保证激光在入射到聚焦透镜1时，关于聚焦透镜1中心轴线对称；利用探片或光束质量分析仪寻找到会聚光束的焦点位置；
②将调整架与毛细管连接，并将入射端置于聚焦透镜焦点位置：将毛细管4与入射端调整架2、出射端调整架3连接固定，将入射端调整架2置于透镜焦点位置附近，前后移动入射端调整架2，使得聚焦透镜1焦平面与毛细管4入射端面重合；所述的毛细管4需保持水平拉直状态；
③精确调节毛细管入射端面位置和角度：通过调节入射端调整架2的左右、上下、俯仰角和左右偏转角，使得聚焦后的激光束能够完全、对称地进入毛细管4中；
④精确调节毛细管出射端面的位置与角度：通过调节出射端调整架3的伸缩，使得毛细管4保持拉直紧绷状态；通过调节出射端调整架3的俯仰角、左右偏转角，使得出射的激光能够保持良好的光斑形状输出。
实验证明，本发明具有以下优点：
1、本发明能够有效地消除激光相干合束时，因空气扰动、镜架不稳等带来的束间空间抖动以及因干涉造成的光束质量变差。
2、本发明采用毛细管限制、传导激光束，能够承受高能量激光脉冲的传输，入射激光光谱覆盖范围广，传输效率高。
3、本发明采用了具有四维调节能力的入射端调整架以及具有二维调节能力和伸缩能力的出射端调整架，能有精确、有效地调节毛细管入射与出射的位置和角度。

Claims (6)

1.一种消除相干合束中束间空间抖动及优化光束质量的方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：①利用聚焦透镜将合束激光会聚，并确定焦点位置；②将调整架与毛细管连接，并将入射端置于聚焦透镜焦点位置；③调节毛细管入射端面位置和角度；④调节毛细管出射端面的位置与角度。
2.根据权利要求1所述的消除相干合束中束间空间抖动及优化光束质量的方法，其特征在于该方法具体步骤如下：
①利用聚焦透镜将合束激光会聚，并确定焦点位置：对于多束时空相干激光，先用聚焦透镜(1)会聚，且保证激光在入射到聚焦透镜(1)时，关于聚焦透镜(1)中心轴线对称；利用探片或光束质量分析仪寻找到会聚光束的焦点位置；
②将调整架与毛细管连接，并将入射端置于聚焦透镜焦点位置：将毛细管(4)的两端分别与入射端调整架(2)和出射端调整架(3)连接固定，将入射端调整架(2)置于透镜焦点位置附近，前后移动入射端调整架(2)，使得聚焦透镜(1)焦平面与毛细管(4)入射端面重合；所述的毛细管(4)需保持水平拉直状态；
③调节毛细管入射端面位置和角度：调节入射端调整架(2)的左右、上下、俯仰角和左右偏转角，使得聚焦后的激光束能够完全、对称地进入毛细管(4)中；
④调节毛细管出射端面的位置与角度：调节出射端调整架(3)的伸缩，使得毛细管(4)保持拉直紧绷状态；调节出射端调整架(3)的俯仰角、左右偏转角，使得出射的激光保持良好的光斑形状输出。
3.根据权利要求2所述的消除相干合束中束间空间抖动及优化光束质量的方法，其特征在于所述的聚焦透镜(1)置于由底座和二维平移台组成的调节机构上，具有上下平移、左右平移和前后平移的调节能力。
4.根据权利要求2所述的消除相干合束中束间空间抖动及优化光束质量的方法，其特征在于所述的入射端调整架(2)具有四维调节能力，该入射端调整架(2)具有左右、上下、俯仰角和左右偏转角的调节能力。
5.根据权利要求2所述的消除相干合束中束间空间抖动及优化光束质量的方法，其特征在于所述的出射端调整架(3)具有二维调节能力以及伸缩能力，该出射端调整架(3)具有俯仰角、左右偏转角和伸缩的调节能力。
6.根据权利要求2所述的消除相干合束中束间空间抖动及优化光束质量的方法，其特征在于所述的聚焦透镜(1)的中心轴线与毛细管(4)的入射、出射端面的中心轴线须重合。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101866059A (zh) * 2010-05-14 2010-10-20 中国科学院上海光学精密机械研究所 激光电子加速器中毛细管的准直方法
CN102841408A (zh) * 2011-06-23 2012-12-26 中国科学院西安光学精密机械研究所 基于毛细管的光纤合束器的生产工艺
CN104409959A (zh) * 2014-11-15 2015-03-11 北京理工大学 一种基于掠衍射光栅的大功率光谱合成方法
CN108448374A (zh) * 2018-03-26 2018-08-24 中国科学院上海光学精密机械研究所 基于空芯光纤空间相干组束的周期量级激光系统
CN210924014U (zh) * 2019-07-01 2020-07-03 西安中科汇纤光电科技有限公司 一种激光合束器

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101866059A (zh) * 2010-05-14 2010-10-20 中国科学院上海光学精密机械研究所 激光电子加速器中毛细管的准直方法
CN102841408A (zh) * 2011-06-23 2012-12-26 中国科学院西安光学精密机械研究所 基于毛细管的光纤合束器的生产工艺
CN104409959A (zh) * 2014-11-15 2015-03-11 北京理工大学 一种基于掠衍射光栅的大功率光谱合成方法
CN108448374A (zh) * 2018-03-26 2018-08-24 中国科学院上海光学精密机械研究所 基于空芯光纤空间相干组束的周期量级激光系统
CN210924014U (zh) * 2019-07-01 2020-07-03 西安中科汇纤光电科技有限公司 一种激光合束器

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
WANG PENGFEI ET AL.: "2.6mJ/100Hz CEP-stable near-single-cycle 4μm laser based on OPCPA and hollow-cor-fiber compression", 《OPTICS LETTERS》 *

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