CN113161849B - 对激光束入射角度相对误差不敏感的色谱合成装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种对激光束入射角度相对误差不敏感的色谱合成装置及方法，该色谱合成装置通过在普通的二向色镜上添加特殊的分区镀膜构成复合色谱合成镜，通过将该复合色谱合成镜与角锥棱镜配合使用，使两支激光束的光路中均只存在一次反射，从而避免因色谱合成装置与两束待合束的激光束之间的相对角度误差而引起的合束激光光轴的指向偏差，从而提高了色谱合成激光束的亮度和光束质量。

Description

对激光束入射角度相对误差不敏感的色谱合成装置及方法
技术领域
本发明涉及激光合成技术领域，尤其涉及一种对激光束入射角度相对误差不敏感的色谱合成装置及方法，主要用于将多个激光器输出的不同波长激光合成为一束激光，合束过程对激光束的入射角度误差不敏感，提高合束激光的光束质量和亮度，适用于高功率激光领域应用。
背景技术
光纤激光器具有结构紧凑、光束质量好、电光效率高、散热能力强等特点，但受到热效应、非线性效应、光学损伤等因素的限制，单根光纤输出亮度有限。研究人员研究了多种激光合束方法，将多束激光合成一束激光，达到激光亮度提升的效果。
色谱合成技术是利用合束器件的色散原理或者不同膜系透反射原理将不同激光束合为一支光束，主要方法包括两类：基于光栅和基于二向色镜的色谱合成方法。基于光栅的色谱合成方案主要缺点是合成激光的光束质量会随着激光线宽的展开而劣化，因此对高功率光纤激光器的线宽要求过高，难以实现高功率高光束质量合成。基于二向色镜的色谱合成装置相对结构简单，但是对入射激光与色谱合成装置之间相对角度误差较为敏感。特别是反射激光束的入射角度误差，在经过二向色镜后将扩大两倍，导致不同合束激光束光轴分散，降低合束激光的亮度和光束质量。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种对激光束入射角度相对误差不敏感的色谱合成装置及方法，用以解决上述背景技术中存在的问题。
一种对激光束入射角度相对误差不敏感的色谱合成装置，包括复合色谱合成镜和角锥棱镜；
所述复合色谱合成镜包括玻璃基板、镀覆在玻璃基板一侧端面的分区高反膜和分区增透膜、以及镀覆在玻璃基板另一侧端面的二向色膜；
所述分区高反膜用于将位于所述复合色谱合成镜一侧面的第一激光束反射入角锥棱镜；
所述角锥棱镜用于将其接收到的第一激光束回射至分区增透膜，该回射光束依次通过分区增透膜、玻璃基板和二向色膜出射出去并与入射在二向色膜上的第二激光束的反射光束汇合成一束激光束进行射出。
优选地，所述角锥棱镜为直角三棱镜，角锥棱镜的直角面上镀覆有棱镜高反膜、斜面镀覆有棱镜增透膜。
优选地，所述角锥棱镜的斜面与复合色谱合成镜之间的夹角为90°-α，α为第一激光束或第二激光束与复合色谱合成镜之间的夹角。
优选地，所述第一激光束和第二激光束在水平方向相互平行。
优选地，分区高反膜与棱镜高反膜的激光反射率优于99.8％，分区增透膜和棱镜增透膜的激光透过率优于99.8％。
优选地，所述分区高反膜设置在玻璃基板端面的上半区，分区增透膜设置在玻璃基板的端面的下半区。
优选地，所述复合色谱合成镜的口径大于3D，D为合束激光口径，分区高反膜和分区增透膜的镀膜半径均不小于1.5D。
优选地，所述色谱合成装置设置有多个，多个色谱合成装置并联设置形成多路扩展色谱合成。
一种对激光束入射角度相对误差不敏感的色谱合成方法，具体包括以下步骤：
S1，将两个激光器分别放置在色谱合成装置的两侧，所述两个激光器发出的激光束相平行；
S2，其中一个激光器发出的第一激光束入射到复合色谱合成镜的分区高反膜上，并经分区高反膜反射后进入角锥棱镜，角锥棱镜将其接收到的第一激光束回射至复合色谱合成镜的分区增透膜并依次从分区增透膜、玻璃基板和二向色膜出射出去；
S3，调整另一激光器的位置，使其发出的第二激光束恰好打在第一激光束从二向色模中出射的出射点上，以使第二激光束的反射光束与从二向色模中出射的第一激光束汇合成一束激光束进行射出。
本发明的有益效果是：
1、本发明的色谱合成装置通过在普通的二向色镜上添加特殊的分区镀膜构成复合色谱合成镜，通过将该复合色谱合成镜与角锥棱镜配合使用，使两支激光束的光路中均只存在一次反射，从而避免因色谱合成装置与两束待合束的激光束之间的相对角度误差而引起的合束激光光轴的指向偏差，从而提高了色谱合成激光束的亮度和光束质量。
2、本发明的色谱合成装置在确定了两个合束激光的相对位置和光轴方向后，色谱合成过程中便对激光束与色谱合成装置之间的角度误差不敏感，合束后的光束质量大大提高，合成光的亮度大大提高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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它的附图。
图1是激光束与色谱合成装置的复合色谱合成镜之间成45°角的色谱合成示意图。
图2是激光束与色谱合成装置的复合色谱合成镜之间成60°角的色谱合成示意图。
图中标号的含义为：
1为分区高反膜，2为分区增透膜，3为玻璃基板，4为二向色模，5为角锥棱镜，6为棱镜高反膜，7为棱镜增透膜，8为复合色谱合成镜。
具体实施方式
为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
下面通过具体的实施例并结合附图对本申请做进一步的详细描述。
在本申请的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”、“第二”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本说明书的描述中，需要理解的是，本申请实施例所描述的“上”、“下”、“左”、“右”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本申请实施例的限定。此外，在上下文中，还需要理解的是，当提到一个元件连接在另一个元件“上”或者“下”时，其不仅能够直接连接在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接连接在另一个元件“上”或者“下”。
本发明给出一种对激光束入射角度相对误差不敏感的色谱合成装置，该色谱合成装置通过在普通的二向色镜上添加特殊的分区镀膜构成复合色谱合成镜，通过将该复合色谱合成镜与角锥棱镜配合使用，使两支激光束的光路中均只存在一次反射，从而避免因色谱合成装置与两束待合束的激光束之间的相对角度误差而引起的合束激光光轴的指向偏差，从而提高了色谱合成激光束的亮度和光束质量。同时，该色谱合成装置在确定了两个合束激光的相对位置和光轴方向后，色谱合成过程中对激光束与色谱合成装置之间的角度误差不敏感，合束后的光束质量大大提高，合束光束的亮度高。
具体地，本发明的对激光束入射角度相对误差不敏感的色谱合成装置包括复合色谱合成镜8和角锥棱镜5。
所述复合色谱合成镜8包括玻璃基板3、镀覆在玻璃基板3一侧端面的分区高反膜1和分区增透膜2、以及镀覆在玻璃基板3另一侧端面的二向色膜4。分区高反膜1设置在玻璃基板3端面的上半区，分区增透膜2设置在玻璃基板3的端面的下半区。
复合色谱合成镜8的口径大于3D，D为合束激光口径，分区高反膜1和分区增透膜2的镀膜半径均不小于1.5D。
所述分区高反膜1用于将位于所述复合色谱合成镜8一侧面的第一激光束λ1反射入角锥棱镜5。
所述角锥棱镜5用于将其接收到的第一激光束λ1回射至分区增透膜2，入射到角锥棱镜5内的入射光束与从角锥棱镜5中射出并回射到分区增透膜2的回射光束相平行。在选用角锥棱镜5时，只要是能达到“回射光束与入射光束相平行”这一效果的角锥棱镜均能满足使用要求。
所述分区增透膜2用于减少从角锥棱镜5中射出的回射光束在其表面的反射光，来增加该回射光束在其表面的透过率。
从角锥棱镜5中射出的回射光束依次通过分区增透膜2、玻璃基板3和二向色膜4出射出去并与入射在二向色膜4上的第二激光束λ2的反射光束汇合成一束激光束进行射出。
本实施例中，所述角锥棱镜5为直角三棱镜，角锥棱镜5的直角面上镀覆有棱镜高反膜6、斜面镀覆有棱镜增透膜7。分区高反膜1与棱镜高反膜6的激光反射率优于99.8％，分区增透膜2和棱镜增透膜7的激光透过率优于99.8％。
组装本申请的色谱合成装置时，应使角锥棱镜5的斜面与复合色谱合成镜8之间保持一定的夹角。具体地，角锥棱镜5的斜面与复合色谱合成镜8之间的夹角为90°-α，α为第一激光束λ1或第二激光束λ2与复合色谱合成镜8之间的夹角。
在实际使用过程中，本申请的色谱合成装置并不仅局限于两束激光束的合成，该色谱合成装置还可并联使用，以形成级联式色谱合成装置，形成多路扩展色谱合成，以实现若干束激光同步合成的效果。
本发明的对激光束入射角度相对误差不敏感的色谱合成方法，具体包括以下步骤：
S1，将两个激光器分别放置在色谱合成装置的两侧，所述两个激光器发出的激光束相平行。
S2，其中一个激光器发出的第一激光束入射到复合色谱合成镜8的分区高反膜1上，并经分区高反膜1反射后进入角锥棱镜5，角锥棱镜5将其接收到的第一激光束λ1回射至复合色谱合成镜8的分区增透膜2并依次从分区增透膜2、玻璃基板3和二向色膜4出射出去。
S3，调整另一激光器的位置，使其发出的第二激光束λ2恰好打在第一激光束λ1从二向色模4中出射的出射点上，以使第二激光束λ2的反射光束与从二向色模4中出射的第一激光束λ1汇合成一束激光束进行射出。
如图2所示，由于色谱合成装置的复合色谱合成镜与角锥棱镜在装配时存在ε＝15°的角度误差，因此，色谱合成装置两侧的激光束λ1和λ2与复合色谱合成镜之间的夹角为60°，其中第一激光束的波长λ1＝1060nm，第二激光束的波长λ2＝1064nm，两束激光束在水平方向相平行。第一激光束λ1经过分区高反膜1反射后进入直角角锥棱镜5，然后经由直角角锥棱镜5平行回射出去，然后再先后通过分区增透膜2、玻璃基板3和二向色膜4出射，引入的角度误差为△ε1＝30°。而第二激光束λ2经过二向色膜4的直接反射，引入的角度误差为△ε2＝30°。因此，两支合束激光的光轴指向偏差为E＝△ε1-△ε2＝0°，即两支激光经过色谱合成之后光轴指向始终重合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (8)

1.一种对激光束入射角度相对误差不敏感的色谱合成装置，其特征在于，包括复合色谱合成镜和角锥棱镜；
所述复合色谱合成镜包括玻璃基板、镀覆在玻璃基板一侧端面的分区高反膜和分区增透膜、以及镀覆在玻璃基板另一侧端面的二向色膜；
所述分区高反膜用于将位于所述复合色谱合成镜一侧面的第一激光束反射入角锥棱镜；
所述角锥棱镜用于将其接收到的第一激光束回射至分区增透膜，该回射光束依次通过分区增透膜、玻璃基板和二向色膜出射出去并与入射在二向色膜上的第二激光束的反射光束汇合成一束激光束进行射出；
所述第一激光束和第二激光束在水平方向相互平行。
2.根据权利要求1所述的对激光束入射角度相对误差不敏感的色谱合成装置，其特征在于，所述角锥棱镜为直角三棱镜，角锥棱镜的直角面上镀覆有棱镜高反膜、斜面镀覆有棱镜增透膜。
3.根据权利要求2所述的对激光束入射角度相对误差不敏感的色谱合成装置，其特征在于，所述角锥棱镜的斜面与复合色谱合成镜之间的夹角为90°-α，α为第一激光束或第二激光束与复合色谱合成镜之间的夹角。
4.根据权利要求2所述的对激光束入射角度相对误差不敏感的色谱合成装置，其特征在于，分区高反膜与棱镜高反膜的激光反射率优于99.8%，分区增透膜和棱镜增透膜的激光透过率优于99.8%。
5.根据权利要求1所述的对激光束入射角度相对误差不敏感的色谱合成装置，其特征在于，所述分区高反膜设置在玻璃基板端面的上半区，分区增透膜设置在玻璃基板的端面的下半区。
6.根据权利要求1所述的对激光束入射角度相对误差不敏感的色谱合成装置，其特征在于，所述复合色谱合成镜的口径大于3D，D为合束激光口径，
分区高反膜和分区增透膜的镀膜半径均不小于1.5D。
7.根据权利要求1所述的对激光束入射角度相对误差不敏感的色谱合成装置，其特征在于，所述色谱合成装置设置有多个，多个色谱合成装置并联设置形成多路扩展色谱合成。
8.一种对激光束入射角度相对误差不敏感的色谱合成方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
S1，将两个激光器分别放置在色谱合成装置的两侧，所述两个激光器发出的激光束相平行；所述色谱合成装置包括复合色谱合成镜和角锥棱镜；所述复合色谱合成镜包括玻璃基板、镀覆在玻璃基板一侧端面的分区高反膜和分区增透膜、以及镀覆在玻璃基板另一侧端面的二向色膜；
S2，其中一个激光器发出的第一激光束入射到复合色谱合成镜的分区高反膜上，并经分区高反膜反射后进入角锥棱镜，角锥棱镜将其接收到的第一激光束回射至复合色谱合成镜的分区增透膜并依次从分区增透膜、玻璃基板和二向色膜出射出去；
S3，调整另一激光器的位置，使其发出的第二激光束恰好打在第一激光束从二向色模中出射的出射点上，以使第二激光束的反射光束与从二向色模中出射的第一激光束汇合成一束激光束进行射出。
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GR01 Patent grant
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