CN114994938B - 色散增强光学元件及光谱合束、锁定、测量结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光技术领域，具体提供一种色散增强光学元件，包括相对设置的透射光栅面和反射光栅面；相对设置的第一备用光学面和第二备用光学面；相对设置的第一安装面和第二安装面；透射光栅面上设有透射光栅，反射光栅面上设有反射光栅；透射光栅面为入射激光的输入面，入射激光入射至透射光栅面，经过第一次衍射；再入射至反射光栅面，经过第二次衍射；返回透射光栅面，经过第三次衍射后输出。本发明的色散增强光学元件可以实现三次的衍射，三倍提升色散元件的色散能力，同时光的传输方向通过反射光栅实现后向传输，光路实现折叠，有助于减小光谱合束的整体结构尺寸，在实现更高色散能力下，简化装调工艺，且可以密封安装，便于工程化应用。

Description

色散增强光学元件及光谱合束、锁定、测量结构

技术领域

本发明涉及激光技术领域，尤其涉及一种色散增强光学元件，还涉及一种包括该色散增强元件光谱合束结构、光谱锁定结构以及光谱测量结构。

背景技术

光栅作为色散元件，可以将同一方向入射的复色光分开成不同方向出射的单色光，起分光作用，应用在光谱测量等；也可以将不同波长的单色光按照特殊角度入射束耦合成一束沿同一方向出射的复色光，起合光作用，应用在激光合束等；也可以集成到激光器件中进行光谱锁定和窄化，起稳频作用，如DFB（Distributed Feedback Laser，分布式反馈激光器）或者DBR（distributed Bragg reflector，分布式布拉格反射激光器）。

色散能力作为光栅的重要性能指标之一，无论是对于提高光谱的分辨率，合束的激光功率亦或是稳频后的带宽均十分重要。根据光栅衍射原理，光栅的色散能力与衍射级次、波长和光栅常数相关。在此主要以一级或者负一级衍射光栅进行考虑，衍射级次为1，在额定波长下，主要通过减小光栅常数，增加每毫米空间的线数来提升光栅的色散能力。但是根据光栅的衍射方程，光栅的线数受λ/d限制，其中λ为衍射波长，d为光栅常数，因此色散提升有限。

为了进一步提高光栅元件的色散能力，公告号为CN107272214B的专利和文献Narrow-spectral-span spectral beam combining with a nonparallel double-grating structure (Chinese Optics Letters, 2017, 15(9): 091403)提出采用一种利用双光栅实现半导体激光光谱合束的装置，通过双光栅的叠加，可以2倍提升色散元件的色散能力；公告号为CN107240856B的专利和文献Narrow-wavelength-spread spectralcombining laser with a reflector for a double pass with a single grating.(Chinese Optics Letters, 2018, 16(7): 071402)提出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，利用反射元件将入射光束反射，两次经过光栅衍射作用，实现二次色散，光栅的衍射能力提高一倍，输出激光光谱谱宽压缩一半，等效达到了双光栅叠加一样的色散能力。

公告号为CN108593108A的专利也提出了采用分离的两片光栅提升色散能力的结构用于提高光谱仪的分辨率，公告号为CN108759722B和CN110631702B的专利提出采用两片分离的闪耀光栅，通过调整入射角和光栅角度，使入射的光栅来回多次尽管光栅衍射后，可以进一步提高整体色色散能力，提高光谱分辨率。

上述专利公开的技术方案中，尽管通过光栅叠加后实现的色散增强，但是所采用光栅均为分离器件，由此产生的问题如下：

1）装调难度大，除了要求每片光栅具有高的位置精度外，光栅之间也要求刻划线方向、光栅立面、相对角度等具有严格的要求，一旦单片偏离，将导致整体性能变差，尤其对于光谱合束，会导致激光器无法谐振；2）稳定性较差，复用光栅结构对于光栅之间的相对位置、角度和俯仰要求高，容易受到外界影响，如安装机械壳体变形或者环境变化影响，应用环境受限；3）易受污染，影响光学性能，所有衍射面均暴露在空气中，且有多个空气-光栅交界面，容易收到环境污染，对于高功率激光影响尤为严重；4）光路复杂冗长，系统体积尺寸大。入射光束与衍射光束分离，且光栅的入射角和衍射角相对不规则，导致整体光路复杂，且系统结构庞大。

发明内容

本发明为解决上述问题，提供一种单片集成双光栅色散增强光学元件。

本发明提供一种色散增强光学元件，所述色散增强光学元件包括相对设置的透射光栅面和反射光栅面；相对设置的第一备用光学面和第二备用光学面；相对设置的第一安装面和第二安装面；

所述第一安装面与所述第二安装面相互平行，所述第一安装面分别与所述反射光栅面、所述透射光栅面垂直，所述第二安装面分别与所述反射光栅面、所述透射光栅面垂直；通过固定所述第一安装面与所述第二安装面，使得所述反射光栅面、所述透射光栅面与入射光路、衍射光路形成稳定的位置关系；

所述透射光栅面上设有透射光栅，所述反射光栅面上设有反射光栅；所述透射光栅面为入射激光的输入面，所述入射激光入射至所述透射光栅面，经过第一次衍射；再入射至所述反射光栅面，经过第二次衍射；返回所述透射光栅面，经过第三次衍射后输出。

优选的，所述色散增强光学元件为梯形结构、平行四边形结构或者矩形结构。

优选的，所述透射光栅为负一级衍射光栅，所述透射光栅的负一级衍射效率大于90%，所述透射光栅的衍射偏振方向与所述入射激光的偏振方向匹配。

优选的，所述反射光栅为一级衍射光栅，所述反射光栅的衍射偏振方向与所述入射激光的偏振方向匹配。

优选的，所述透射光栅的光栅刻划线方向与所述第一安装面垂直；所述反射光栅的光栅刻划线方向与所述第二安装面垂直。

优选的，所述入射激光以角度θ₁入射至所述透射光栅面，经过第一次衍射，衍射角为θ₂；再以角度θ₃入射至所述反射光栅面，经过第二次衍射，衍射角为θ₃；以角度θ₂返回所述透射光栅面，经过第三次衍射，以角度θ₁输出。

优选的，所述角度θ₁、角度θ₂以及角度θ₃满足的关系为：

λc为所述入射激光的波长，L₁为所述透射光栅的光栅线数，L₂为所述反射光栅的光栅线数，n为所述λc下所述色散增强光学元件的折射率，n₀为所述λc下大气环境的折射率。

本发明还提供一种上述的色散增强光学元件的应用，所述色散增强光学元件应用于光谱合束、光谱锁定或光谱测量。

本发明还提供一种光谱合束结构，所述光谱合束结构包括上述的色散增强光学元件。

本发明还提供一种光谱锁定结构，所述光谱锁定结构包括上述的色散增强光学元件。

本发明还提供一种光谱测量结构，所述光谱测量结构包括上述的色散增强光学元件。

本发明的色散增强光学元件可以实现三次的衍射，三倍提升色散元件的色散能力，同时光的传输方向通过反射光栅实现后向传输，光路实现折叠，有助于减小光谱合束的整体结构尺寸，在实现更高色散能力下，简化装调工艺，且可以密封安装，便于工程化应用。

具体的，本发明提供的色散增强光学元件以及包括该色散增强元件光谱合束结构、光谱锁定结构以及光谱测量结构具有以下有益效果:

（1）简化装调工艺；双光栅色散增强光学元件直接单片集成，通过冷加工和光刻工艺保证光栅间的相对位置（距离和角度），仅需要对入射光束进行整体平移、旋转或者俯仰调节，即可以实现双光栅、三次衍射的装调，大大减小了光栅装调难度；相对于双光栅调节，除了要求每片光栅进行位移、旋转及俯仰等调节外，还要求光栅间配合调节，特别是光栅刻划线对准和光栅面的平行，一旦不合适，两片均需要拆除重新调节，装调工艺复杂，技术门槛要求高；

（2）提升器件可靠性；双光栅结构对于光栅之间的相对位置、角度和俯仰要求高，特别是对于光谱合束，一旦某一片偏离，将导致激光器整体失谐，性能下降，这种情况会因为安装机械壳体发生变形或者环境变化影响而频繁发生；

本发明通过单片集成双光栅，光栅基底直本身热膨胀系数小的材料，受环境温度变化影响小，同时光栅直接为固定连接，而且是一体化成形，具有非常高的结构稳定性，即使外面的机械壳体发生变化，光栅间的相对位置能够得到保证，可以大大提高器件的结构稳定性。同时，本发明的色散增强光学元件中，光束输入面和输出面为同一面，可以间器件的其他五个面进行密封安装，减少与空气接触污染光学元件，尤其是在激光应用上，可以延长器件寿命，提高其长期可靠性；

（3）提升器件效率；常规的双光栅结构为两片分离式结构，其光学面包括4个空气与基片之间的光学面交界面，菲涅尔反射直接降低效率，尽管可以通过镀增透膜提高透过率，但仍然存在增加工艺和成本以及降低效率的问题；

本发明的色散增强光学元件除了两个光栅面外，其他结构均封装到光学基底内部，反射光栅面为内部衍射，无需与外接接触，因此仅有输入的透射光栅面1个面需要考虑空气与基片的光学交界面。同时，两个光栅面均为利特罗角衍射，具有高的衍射效率，从而直接提高整体器件效率；

（4）提升器件色散能力。尽管集成了两个光栅，但是通过结构设计，可以实现三次衍射叠加，若采用相同光栅常数的透射光栅和反射光栅组合，其衍射能力提升三倍，相对于目前现有报道的双光栅结构可以进一步提升器件的色散能力。

附图说明

图1是本发明具体实施方式中色散增强光学元件的结构示意图。

图2是本发明具体实施方式中色散增强光学元件的光路示意图。

图3是本发明具体实施方式中光谱合束结构示意图。

图4是本发明具体实施方式中光谱锁定结构示意图。

图5是本发明具体实施方式中光谱测量结构示意图。

图6是本发明具体实施方式中色散增强光学元件的封装结构示意图。

附图标记

1、色散增强光学元件，11、透射光栅面，12、反射光栅面，13、第一备用光学面，14、第二备用光学面，15、第一安装面，16、第二安装面，1001、光轴，101、第一激光单元，102、第二激光单元，20、变换透镜，30、外腔镜，111、激光单元，21、准直透镜，0004、第一单色光，0005、第二单色光，0003、输入复色光，22、成像镜，40、取光器，50、接收器，60、数据处理器，7、封装壳体，71、底板，72、盖板，73、通光口，74、光学窗口。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。

如图1和图2所示，分别是本发明具体实施方式中色散增强光学元件的结构示意图和光路示意图。从图中可以看出，本发明具体实施方式中，所述色散增强光学元件1的光学基底一共包括六个面，具体包括相对设置的透射光栅面11和反射光栅面12；相对设置的第一备用光学面13和第二备用光学面14；相对设置的第一安装面15和第二安装面16；第一安装面15和第二安装面16，且与透射光栅面11和反射光栅面12均垂直，即所述第一安装面15分别与所述反射光栅面12、所述透射光栅面11垂直，所述第二安装面16分别与所述反射光栅面12、所述透射光栅面11垂直；通过固定第一安装面15和第二安装面16使得所述反射光栅面12、所述透射光栅面11与入射光路、衍射光路形成稳定的位置关系，获得好的衍射效果；相对设置的第一备用光学面13和第二备用光学面14主要用于不同功能的输出面。

所述透射光栅面11上设有透射光栅，所述反射光栅面12上设有反射光栅；所述透射光栅面11为入射激光的输入面，所述入射激光入射至所述透射光栅面11，经过第一次衍射；再入射至所述反射光栅面12，经过第二次衍射；返回所述透射光栅面11，经过第三次衍射后输出。

优选的实施方式中，所述色散增强光学元件1可以根据不同场景的应用需要，分别设计为梯形结构、平行四边形结构或者矩形结构，图1和图2中以梯形结构为例进行示意。所述色散增强光学元件1的光学基底的基底材料在入射激光的作用波段内具有高的光学透过率、低的热膨胀系数和高热导率。

具体的实施方式中，所述透射光栅为负一级衍射光栅，所述透射光栅的负一级衍射效率大于90%，所述透射光栅的衍射偏振方向与所述入射激光的偏振方向匹配。所述反射光栅为一级衍射光栅，所述反射光栅的衍射偏振方向与所述入射激光的偏振方向匹配。所述透射光栅的光栅刻划线方向与所述第一安装面15垂直；所述反射光栅的光栅刻划线方向与所述第二安装面16垂直。所述透射光栅和所述反射光栅面可以具有相同的线数（空间周期）或者不同的线数（空间周期）；所述透射光栅面11和所述反射光栅面12的夹角θ满足两个光栅的利特罗角光栅方程。

具体的实施方式中，如图2所示，色散增强光学元件1以透射光栅面11为入射面，所述入射激光以角度θ₁入射至所述透射光栅面11，经过第一次衍射，衍射角为θ₂；再以角度θ₃入射至所述反射光栅面12，经过第二次衍射，衍射角为θ₃；以角度θ₂返回所述透射光栅面11，经过第三次衍射，以角度θ₁输出；即在透射光栅面11上的衍射角为θ₁，θ₂为透射光栅的衍射角，为了达到最大衍射效率，θ₂等于在透射光栅的利特罗角，角度θ₃为反射光栅的入射角和衍射角，均为反射光栅的利特罗角；从整个光路可以看出，入射光和衍射输出光完全重合，两次经过透射光栅面11和一次经过反射光栅面12，共计发生三次衍射，若透射光栅和反射光栅具有相同的衍射线数，相对于单片的面光栅元件，则本发明的色散增强光学元件1的色散能力将直接提升三倍。同时，入射激光方向和衍射光方向保持重叠，但是经过该元件后可以有效分离出光谱信息，可以作为光谱分析元件广泛应用在精密探测、光谱测量等领域。

具体的实施方式中，所述角度θ₁、角度θ₂以及角度θ₃均为利特罗角，具体满足的关系为：

其中，λc为所述入射激光的波长，L₁为所述透射光栅的光栅线数，L₂为所述反射光栅的光栅线数，n为所述λc下所述色散增强光学元件的折射率，n₀为所述λc下大气环境的折射率。

具体实施方式中，如果入射激光的中心波长为976nm，所述色散增强光学元件1的光学基底为融石英，在976nm处的折射率n为1.45，所述色散增强光学元件1处于大气环境，折射率n₀为1，若透射光栅和反射光栅的线数均为1600线/mm。

根据上述公式，可以计算出各个角度分别为：θ₁为51.36°，θ₂为32.58°，θ₃为32.58°。从角度分布结果可以看出，此时所述透射光栅面11和所述反射光栅面12这两个光栅面处于平行状态，所述色散增强光学元件1可以制备成平行四边形结构或者矩形结构，对应整体的色散力为7.68mrad/nm。

透射光栅和反射光栅的线数不一致时，如透射光栅的线数为1600线/mm，反射光栅的线数为1200线/mm，则对应的角度为：θ₁为51.36°，θ₂为32.58°，θ₃为23.82°。从角度分布结果可以看出，此时所述透射光栅面11和所述反射光栅面12这两个光栅面不平行，所述色散增强光学元件1可以制备成梯形结构，对应整体的色散力为6.60mrad/nm。由于反射光栅的色散能力下降，使得整体的色散能力有所降低。

本发明的所述色散增强光学元件1同样也可适用于中远红外波段，如采用CaF₂作为光学基底的基底材料，在4.0μm波段，当前商用的光栅线数最高为300线/mm，对应的色散仅为0.37mrad/nm。若采用本发明相应结构的所述色散增强光学元件1，可以将色散提升至1.11mrad/nm，更有利于提高光谱探测分辨能力。

本发明的色散增强光学元件可以实现三次的衍射，三倍提升色散元件的色散能力，同时光的传输方向通过反射光栅实现后向传输，光路实现折叠，有助于减小光谱合束的整体结构尺寸，在实现更高色散能力下，简化装调工艺，且可以密封安装，便于工程化应用。

本发明还提供一种本发明色散增强光学元件的应用，所述色散增强光学元件应用于光谱合束、光谱锁定或光谱测量。

以下结合不同实施例的具体应用来说明本发明色散增强光学元件所具有的优势。

实施例1

本发明还提供一种光谱合束结构，所述光谱合束结构包括本发明的色散增强光学元件。

如图3所示，为本发明具体实施方式中光谱合束结构示意图。从图中可以看出，整个光谱合束结构中，激光单元前腔面镀增透膜，激光单元的后腔面与外腔镜30构成谐振腔。

光轴1001所在的位置不放置激光单元，在光轴1001的两侧对称排列分布设置第一激光单元101和第二激光单元102，沿着相同方向（z）输出入射激光。激光单元前腔面位于变换透镜20的前焦平面，单元光束经过变换透镜20作用后，以不同的角度入射到色散增强光学元件1的透射光栅面11，变换透镜20的焦距为f₀，其中，光轴1001在透射光栅面11的入射角度为透射光栅的利特罗角，经过透射光栅面11射后，进一步以利特罗角入射到反射光栅面12上，经过反射光栅面12衍射后，沿着原路返回以利特罗角入射到透射光栅面11，并且第一激光单元101和第二激光单元102输出的光束在透射光栅面11发生重合，最后经过透射光栅面11沿着相同方向衍射出去，该衍射方向与光轴1001重合，并入射到与光轴1001垂直的外腔镜30上。

经过外腔镜30的反馈和色散增强光学元件1的色散作用，使每个激光单元谐振到不同的波长，经过外腔镜30输出的光斑和发散角与单元光束保持一致，功率为所有激光单元的功率之和，从而实现光谱合束。所有光栅均以利特罗角发生衍射，具有高的衍射效率，使得光谱合束具有高的合束效率。其中，透射光栅采用负一级衍射效率＞90%，反射光栅采用一级衍射效率＞90%，一级衍射效率越高越好。

实施例2

通过包括本发明色散增强光学元件1的光谱合束结构进行光谱合束：入射激光的中心波长λc为976nm，色散增强光学元件1的光学基底为融石英，在976nm处的折射率n为1.45，透射光栅和反射光栅的线数均为1600线/mm，整体的色散系数为7.68mrad/nm。

与实施例1中的光谱合束结构类似，但并不完全相同，本实施例中，光轴1001的上下各排列5个激光单元，激光单元在x方向的空间周期为1mm，光轴1001中间留有2mm空位，则每个激光单元距离光轴1001的位置如表1所示，所采用的变换透镜20焦距f₀为400mm，经过色散增强光学元件1衍射后入射到外腔镜30，经过外腔镜30反馈和色散增强光学元件1的分光作用，可以将每个激光单元光谱调制不同波长，根据光谱合束原理，各个单元的波长如表1所示。从表中可以看出，本实施例的光谱合束结构中，最大波长值为977.77nm，最小波长值为974.20nm，整体谱宽为3.57nm，可以用于光纤激光器泵浦。如果采用常规的单光栅结构，光谱合束后的整体谱宽则会达到10.71nm，超过光纤激光器的有效吸收谱宽，无法满足高效泵浦应用。

实施例3

本发明还提供一种光谱锁定结构，所述光谱锁定结构包括本发明的色散增强光学元件。

如图4所示，为本发明具体实施方式中光谱锁定结构示意图。从图中可以看出，激光单元111前腔面镀增透膜，激光单元111的后腔面与反射光栅面12构成谐振腔。在该实施方式中，色散增强光学元件1中相对设置的第一备用光学面13和第二备用光学面14主要作为反馈锁定波长后的输出光学面。

激光单元111放置在光轴1001上，入射激光的出射方向与光轴1001的方向重合，先经过准直透镜21准直后，入射到透射光栅面11，准直透镜21的焦距为f₁，其中，光轴1001在透射光栅面11的入射角度为透射光栅的利特罗角，经过透射光栅面11衍射后，进一步以利特罗角入射到反射光栅面12，经过反射光栅面12衍射后，沿着原路返回以利特罗角入射到透射光栅面11，最后经过透射光栅面11沿着相同方向衍射出去，经过准直透镜21后，耦合回激光单元111，其中，透射光栅的负一级衍射效率＞90%，反射光栅的一级衍射效率为5%~20%，作为反馈光，反馈回激光单元进行模式选择，窄化激射光谱。反射光栅的零级衍射效率为80%~90%，作为输出光。

实施例4

根据光谱锁定窄化谱宽原理可知，窄化后的谱宽Δλ与光束发散角θ_L和色散元件的色散能力k直接相关，满足

。

通过包括本发明色散增强光学元件1的光谱锁定结构（实施例3中结构）进行光谱窄化：入射激光的中心波长λc为976nm，色散增强光学元件1的光学基底为融石英，在976nm处的折射率n为1.45，透射光栅和反射光栅的线数均为1600线/mm，整体的色散系数为7.68mrad/nm。

在本实施例中，以激光单元111的出光口尺寸为100μm，准直透镜21的焦距f₁为100mm为例，准直后的发散角为1mrad，经过本发明色散增强光学元件1后反馈形成种子光，锁定到中心波长976nm的，光谱宽度可以窄至0.13nm。而如采用常规的单光栅结构，窄化的光谱达到0.39nm，效果明显不如本发明的光谱锁定结构。

实施例5

本发明还提供一种光谱测量结构，所述光谱测量结构包括本发明的色散增强光学元件。

如图5所示，为本发明具体实施方式中光谱测量结构示意图。从图中可以看出，光谱测量结构包括数据处理器60、接收器50、取光器40、成像镜22以及色散增强光学元件1，成像镜22的焦距为f₂；其中，第一单色光004为波长偏长的单色光，第二单色光005为波长偏短的单色光，输入复色光0003经过取光器40，使其入射到本发明的色散增强光学元件1，先后经过透射光栅面11-反射光栅面12-透射光栅面11作用后，不同波长的光束沿着不同方向输出，然后作用到成像镜22，成像镜22将不同方向的光成像到接收器50的不同位置，从而将波长信息转换为接收器上的位置信息，然后由数据处理器60根据光谱与位置的关系，获得入射光的光谱信息。

实施例6

通过包括本发明色散增强光学元件1的光谱测量结构（实施例5中结构）进行光谱分光：入射激光的中心波长λc为976nm，色散增强光学元件1的光学基底为融石英，在976nm处的折射率n为1.45，透射光栅和反射光栅的线数均为1600线/mm，整体的色散系数为7.68mrad/nm。

混合着972nm和980nm的光束入射到输入到图5所示的光谱测量结构中，成像镜22的焦距f₂为100mm，经过本发明的色散增强光学元件1色散作用后，分成不同衍射角输出，其中972nm光束与光轴1001的角度为-1.68°，980nm光束与光轴1001的角度为1.85°，两束光的夹角为3.53°，则光束打到接收器上的光斑间隔为6.15mm，而如采用常规光栅结构，光斑间隔将降至2.05mm。

实施例7

如图6所示，为本发明具体实施方式中色散增强光学元件的封装结构示意图。从图中可以看出，本发明的色散增强光学元件1可以封装到只保留一个光学窗口73的封装壳体7中，光学窗口73对准色散增强光学元件1的透射光栅面11，底板71和盖板72组成封装壳体，交界面采用密封处理，通光口73配备光学窗口74，且灌有密封胶，从而实现对整个色散增强光学元件1进行密封封装。

综上可知，本发明的色散增强光学元件在实现更高色散能力下，简化了装调工艺，且可以密封安装，便于工程化应用；具体应用在光谱合束、光谱锁定及光谱测量等领域时，不仅可以提升器件色散能力，还能提升器件可靠性，同时提升器件效率。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制。本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种色散增强光学元件，其特征在于，所述色散增强光学元件包括相对设置的透射光栅面和反射光栅面；相对设置的第一备用光学面和第二备用光学面；相对设置的第一安装面和第二安装面；

所述第一安装面与所述第二安装面相互平行，所述第一安装面分别与所述反射光栅面、所述透射光栅面垂直，所述第二安装面分别与所述反射光栅面、所述透射光栅面垂直；通过固定所述第一安装面与所述第二安装面，使得所述反射光栅面、所述透射光栅面与入射光路、衍射光路形成稳定的位置关系；

所述透射光栅面上设有透射光栅，所述反射光栅面上设有反射光栅；所述透射光栅面为入射激光的输入面，所述入射激光以角度θ₁入射至所述透射光栅面，经过第一次衍射，衍射角为θ₂；再以角度θ₃入射至所述反射光栅面，经过第二次衍射，衍射角为θ₃；以角度θ₂返回所述透射光栅面，经过第三次衍射后以角度θ₁输出。

2.如权利要求1所述的色散增强光学元件，其特征在于，所述色散增强光学元件为梯形结构、平行四边形结构或者矩形结构。

3.如权利要求1所述的色散增强光学元件，其特征在于，所述透射光栅为负一级衍射光栅，所述透射光栅的负一级衍射效率大于90%，所述透射光栅的衍射偏振方向与所述入射激光的偏振方向匹配；所述反射光栅为一级衍射光栅，所述反射光栅的衍射偏振方向与所述入射激光的偏振方向匹配。

4.如权利要求1所述的色散增强光学元件，其特征在于，所述透射光栅的光栅刻划线方向与所述第一安装面垂直；所述反射光栅的光栅刻划线方向与所述第二安装面垂直。

5.如权利要求1所述的色散增强光学元件，其特征在于，所述角度θ₁、角度θ₂以及角度θ₃满足的关系为：

；

λc为所述入射激光的波长，L₁为所述透射光栅的光栅线数，L₂为所述反射光栅的光栅线数，n为所述λc下所述色散增强光学元件的折射率，n₀为所述λc下大气环境的折射率。

6.一种光谱合束结构，其特征在于，所述光谱合束结构包括如权利要求1～5中任意一项所述的色散增强光学元件。

7.一种光谱锁定结构，其特征在于，所述光谱锁定结构包括如权利要求1～5中任意一项所述的色散增强光学元件。

8.一种光谱测量结构，其特征在于，所述光谱测量结构包括如权利要求1～5中任意一项所述的色散增强光学元件。

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