一種基于雙光柵的波長可調(diào)諧激光相干合束系統(tǒng)技術(shù)方案

一種基于雙光柵的波長可調(diào)諧激光相干合束系統(tǒng)涉及激光合束領(lǐng)域，該系統(tǒng)包括半導(dǎo)體激光器線陣、第一透鏡、達曼光柵、第二透鏡、光闌、第三透鏡、閃耀光柵和光柵旋轉(zhuǎn)裝置；第二透鏡、光闌和第三透鏡組成空間濾波器，閃耀光柵固定在光柵旋轉(zhuǎn)裝置上；半導(dǎo)體激光器線陣發(fā)出的一組平行激光束經(jīng)第一透鏡會聚到達曼光柵，達曼光柵對光束合成，空間濾波器將合成光束中的0階光濾出，并作為1級入射光與閃耀光柵組成利特羅結(jié)構(gòu)，1級方向反射光沿原光路反饋到達曼光柵，經(jīng)達曼光柵分束后注入到半導(dǎo)體激光器線陣的各發(fā)光單元中，對波長與相位共同鎖定，實現(xiàn)相干合束。本發(fā)明專利技術(shù)將多束激光合成為一束大功率激光，具有可靠性高、光束質(zhì)量好、單波長工作等優(yōu)點。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及激光合束
，尤其涉及一種基于雙光柵的波長可調(diào)諧激光相干合束系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
提高激光光源的平均亮度是激光
的一個重要目標(biāo)，實現(xiàn)平均亮度提高的一個重要手段就是提高激光器輸出功率。由于激光器的效率問題，提高激光輸出功率必將產(chǎn)生大量的熱，成倍增加的熱量造成的各種熱效應(yīng)又限制了光束質(zhì)量，降低了平均亮度。另一個重要手段就是提高光束質(zhì)量，因而在自適應(yīng)光學(xué)產(chǎn)生后，許多提高光束質(zhì)量的技術(shù)，如自適應(yīng)諧振腔、光束凈化、相位共軛和對大氣效應(yīng)的自適應(yīng)補償?shù)仍谔岣吖馐|(zhì)量方面得到了許多應(yīng)用，但隨著輸出功率的進一步增加，這些單孔徑自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)也正在受到熱的挑戰(zhàn)。因而散熱和大功率這一對矛盾已經(jīng)成為提高傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)激光器平均亮度的最大障礙。自從半導(dǎo)體激光誕生以來，隨著材料生長技術(shù)，器件結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計以及工藝水平的不斷提高，大功率半導(dǎo)體激光以其效率高、體積小、重量輕、壽命長、運轉(zhuǎn)可靠、電泵浦等優(yōu)勢，在各個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。但由于光束發(fā)散角度大、熱損傷等物理機制的限制，單只激光器的平均亮度仍然受限。為實現(xiàn)更高的亮度輸出，必須在保持良好的光束質(zhì)量的同時提高激光輸出功率。傳統(tǒng)的激光合束技術(shù)是偏振合束，它是利用偏振棱鏡將偏振方向相互垂直的兩束光加以合成，其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，容易實現(xiàn)，但其合成光束數(shù)量有限，很難在保證高光束質(zhì)量的前提下進一步提高激光能量，而且合成后的光束失去線偏振特性，無法進一步進行光束合成。另一種技術(shù)途徑是光譜合束技術(shù)，即利用光柵的色散反饋使各單元激光器鎖定在不同波長的單縱膜激射狀態(tài)，同時實現(xiàn)多波長的光束合成，其優(yōu)點是光束質(zhì)量好，合束效率高，但合成光束的光譜是多波長的，并且光柵的色散本領(lǐng)和半導(dǎo)體激光器的增益譜共同限制了單元激光器的數(shù)量。激光相干合束是一種比較新穎的方法，即激光器采用多模塊結(jié)構(gòu)，利用自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)，控制各單元激光器輸出光束的相位達到鎖相輸出，實現(xiàn)光束的相干合成。相干合束的意義在于:一方面，在保持光束質(zhì)量的同時，提高了輸出光束的功率，實現(xiàn)了亮度的提高，實現(xiàn)了遠距離傳輸；另一方面，模塊化的結(jié)構(gòu)，分散了熱效應(yīng)，克服了高熱量造成大功率激光器平均亮度下降的主要影響因素。因而，相對于大功率半導(dǎo)體激光體系結(jié)構(gòu)而言，基于相干合成的新型體系結(jié)構(gòu)可以解決高功率和散熱量兩個難題，已經(jīng)成為高能激光技術(shù)發(fā)展的重要方向。
技術(shù)實現(xiàn)思路
為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的偏振合束的合成光束數(shù)量少，出射光失去線偏振特性，光譜合束系統(tǒng)多波長工作等技術(shù)問題，本專利技術(shù)提供一種基于雙光柵的波長可調(diào)諧激光相干合束系統(tǒng)。本專利技術(shù)解決技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案如下:一種基于雙光柵的波長可調(diào)諧激光相干合束系統(tǒng)包括:半導(dǎo)體激光器線陣、第一透鏡、達曼光柵、第二透鏡、光闌、第三透鏡、閃耀光柵和光柵旋轉(zhuǎn)裝置；第二透鏡、光闌和第三透鏡組成空間濾波器，閃耀光柵固定在光柵旋轉(zhuǎn)裝置上；半導(dǎo)體激光器線陣發(fā)出的一組平行激光束經(jīng)第一透鏡會聚到達曼光柵，達曼光柵對光束合成，空間濾波器將合成光束中的O階光濾出，并作為I級入射光與閃耀光柵組成利特羅結(jié)構(gòu)，I級方向反射光沿原光路反饋到達曼光柵，經(jīng)達曼光柵分束后注入到半導(dǎo)體激光器線陣的各發(fā)光單元中，對波長與相位共同鎖定，實現(xiàn)相干合束。上述半導(dǎo)體激光器線陣為F-P半導(dǎo)體激光器線陣，各發(fā)光單元等間距排列；激射光的線偏振方向沿著外延方向，或者垂直于外延方向并加上半波片將偏振方向旋轉(zhuǎn)90度；半導(dǎo)體激光器線陣的后腔面鍍有高反膜，前腔面鍍有增透膜，發(fā)光端面粘合一維準(zhǔn)直微透鏡陣列。上述半導(dǎo)體激光器線陣可以采用其它帶準(zhǔn)直的多路半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)，例如由多只單管半導(dǎo)體激光器構(gòu)成。上述達曼光柵為一維周期結(jié)構(gòu)，分束比與半導(dǎo)體激光器線陣的發(fā)光單元數(shù)匹配，并且為等功率等分束角度設(shè)計。上述閃耀光柵的一級閃耀波長與半導(dǎo)體激光器線陣的激射波長相匹配，或者在半導(dǎo)體激光器線陣的增益譜范圍內(nèi)，這樣在外腔中才能形成諧振。上述光柵旋轉(zhuǎn)裝置包括壓電陶瓷旋轉(zhuǎn)基座和控制電路，控制電路與壓電陶瓷旋轉(zhuǎn)基座相連，其用于給壓電陶瓷旋轉(zhuǎn)基座提供電源，并通過微調(diào)電壓使壓電陶瓷旋轉(zhuǎn)基座協(xié)同閃耀光柵一起旋轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)入射閃耀光柵的光束角度的微調(diào)。本專利技術(shù)的有益效果是:該系統(tǒng)工作在單一波長，同時具有波長可調(diào)諧的功能；合束效率高，光束質(zhì)量好；在實際應(yīng)用中可以根據(jù)需要增減合束激光單元的數(shù)量，配置具有靈活性。附圖說明圖1為本專利技術(shù)基于雙光柵的波長可調(diào)諧激光相干合束系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本專利技術(shù)中的達曼光柵的光路示意圖。圖3為本專利技術(shù)中的光柵旋轉(zhuǎn)裝置的平面結(jié)構(gòu)示意圖。具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本專利技術(shù)做進一步詳細說明。如圖1至圖3所示，本專利技術(shù)基于雙光柵的波長可調(diào)諧激光相干合束系統(tǒng)包括:半導(dǎo)體激光器線陣1、第一透鏡2、達曼光柵3、第二透鏡4、光闌5、第三透鏡6、閃耀光柵7和光柵旋轉(zhuǎn)裝置8 ;第二透鏡4、光闌5和第三透鏡6組成空間濾波器，閃耀光柵7固定在光柵旋轉(zhuǎn)裝置8上；半導(dǎo)體激光器線陣I發(fā)出的一組平行激光束經(jīng)第一透鏡2會聚到達曼光柵3，達曼光柵3對光束合成,空間濾波器將合成光束中的O階光濾出，并作為I級入射光與閃耀光柵7組成利特羅結(jié)構(gòu)，I級方向反射光沿原光路反饋到達曼光柵3，經(jīng)達曼光柵3分束后注入到半導(dǎo)體激光器線陣I的各發(fā)光單元中，對波長與相位共同鎖定，實現(xiàn)相干合束；閃耀光柵7的O級方向為系統(tǒng)出射光方向。通過微調(diào)閃耀光柵7的角度可以實現(xiàn)系統(tǒng)工作波長可調(diào)諧的功能。實施例:本專利技術(shù)基于雙光柵的波長可調(diào)諧激光相干合束系統(tǒng)具體實現(xiàn)過程如下:(I)半導(dǎo)體激光器線陣I的各發(fā)光單元為F-P半導(dǎo)體激光器，并以等間距線性排列。相干光束合成需要各光束的偏振方向相同，所以半導(dǎo)體激光器線陣I發(fā)射光束的線偏光偏振方向均應(yīng)沿著外延方向，或者垂直于外延方向并加上半波片將偏振方向旋轉(zhuǎn)90度，以便在達曼光柵3上會聚時仍保持相同的偏振方向(TE偏振)。半導(dǎo)體激光器線陣I的后腔面鍍有高反膜，前腔面鍍有增透膜。在發(fā)光端面粘合一維準(zhǔn)直微透鏡陣列，各微透鏡中心分別與半導(dǎo)體激光器線陣I的各發(fā)光單元中心重合，分別將半導(dǎo)體激光器線陣I各發(fā)光單元的出射光束準(zhǔn)直。(2)第一透鏡2將半導(dǎo)體激光器線陣I發(fā)射的一組平行光束會聚在達曼光柵3上。(3)達曼光柵3放置在第一透鏡2的后焦面上，將通過第一透鏡2的會聚光束合成為一路光束(即O階光)，同時將反饋光分束為多路光束，經(jīng)原光路分別注入到半導(dǎo)體激光器線陣I的各發(fā)光單元，同時鎖定波長與相位，達到相干合束的目的，此時達曼光柵3的合束光功率大部分分布在O階光方向，其他高階方向的光均被抑制。達曼光柵3為一維周期結(jié)構(gòu)，分束比與半導(dǎo)體激光器線陣I的發(fā)光單元數(shù)相匹配，并且為等功率等分束角度設(shè)計，通過計算可以決定分束角間隔Λ Θ，g卩Λ Θ =半導(dǎo)體激光器線陣I發(fā)光單元間距/第一透鏡2的焦距；達曼光柵3的分束效率一般為70% 85%。(4)第二透鏡4、光闌5和透第三鏡6組成一個空間濾波器，其作用是從達曼光柵3出射光束中過濾高階光，只允許零階光通過，以避免高階光反饋回半導(dǎo)體激光器陣列I影響相干合束。其中第二透鏡4使光束成像在光闌5上；光闌5是狹縫光闌，狹縫中心對準(zhǔn)中間的零階光像點，狹縫寬度恰好只允許零階光通過；第三透鏡6使通過光闌5的零階光像點轉(zhuǎn)換為孔徑更大的光束入射到閃耀光柵7。裝調(diào)時將光闌5放置在第二透鏡4的后焦面上，同時放置在第三本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種基于雙光柵的波長可調(diào)諧激光相干合束系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括半導(dǎo)體激光器線陣（1）、第一透鏡（2）、達曼光柵（3）、第二透鏡（4）、光闌（5）、第三透鏡（6）、閃耀光柵（7）和光柵旋轉(zhuǎn)裝置（8）；第二透鏡（4）、光闌（5）和第三透鏡（6）組成空間濾波器，閃耀光柵（7）固定在光柵旋轉(zhuǎn)裝置（8）上；半導(dǎo)體激光器線陣（1）發(fā)出的一組平行激光束經(jīng)第一透鏡（2）會聚到達曼光柵（3），達曼光柵（3）對光束合成，空間濾波器將合成光束中的0階光濾出，并作為1級入射光與閃耀光柵（7）組成利特羅結(jié)構(gòu)，1級方向反射光沿原光路反饋到達曼光柵（3），經(jīng)達曼光柵（3）分束后注入到半導(dǎo)體激光器線陣（1）的各發(fā)光單元中，對波長與相位共同鎖定，實現(xiàn)相干合束。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：吳昊，佟存柱，彭航宇，張俊，汪麗杰，田思聰，王立軍，
申請(專利權(quán))人：中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：