[發明專利]基于重疊體光柵的多路光纖激光相干組束裝置及相干組束方法

無效

• 申請號: 200710018748.4
• 申請日: 2007-09-27
• 公開（公告）號: CN101159365A
• 公開（公告）日: 2008-04-09
• 發明（設計）人: 楚興春;趙尚弘;占生寶;石磊;胥杰;李勇軍;方紹強;吳卓亮
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍空軍工程大學
• 主分類號: H01S3/23
• 分類號: H01S3/23;H01S3/067;H01S3/08;H01S3/10;G02B6/02;G02B6/26;G02B27/09;G02F1/35
• 代理公司: 西安西達專利代理有限責任公司
• 代理人: 劉華

技術領域

本發明涉及一種激光技術，具體涉及一種基于重疊體光柵的多路光纖激光相干組束裝置及相干組束方法。

背景技術

研制大功率、高光束質量、高效、緊湊的高能激光器系統，以滿足各種應用特別是軍事上的需求，是世界各國長期探索研究的目標。光纖激光器具有高效、緊湊、光束質量好、散熱特性好和輸出功率穩定性高等特點，且光纖的柔韌性使其能夠通過彎曲而靈活地適應不同的安裝環境而不影響光束的輸出。因此，光纖激光器的競爭力遠遠超過其它激光器，擁有巨大的市場，在工業、醫療和軍事上具有廣闊的應用前景。在工業和醫療領域，光纖激光器可用于焊接與切割、焊縫清理、激光雕刻、打孔、產品打標、激光檢測和測量、激光成像、激光雷達系統以及激光醫療、醫療器械微加工等各個方面。在軍事上，高功率(100kW以上)的激光器可用于構建地基、空基、星基和艦載高能激光武器系統，實現對敵導彈、飛機、衛星等目標的有效打擊，對于防空、防天和光電對抗等領域具有重要的戰略和戰術意義。近年來，隨著大模式面積雙包層光纖的出現以及高功率半導體激光器抽運技術的發展，光纖激光器的輸出功率大幅提高，單個光纖激光器的輸出功率已超過千瓦。然而，由于受到摻雜光纖的非線性效應、光學損傷及熱損傷等物理機理的限制，上述單個光纖激光器的輸出功率很難滿足高能激光器系統的大功率要求。要想大幅提高單個激光器的輸出功率不僅相當困難，而且費用非常昂貴。同時，隨著輸出功率的提高，單個光纖激光器存在光束質量變差等缺陷。

發明內容

本發明的目的是提供一種結構簡單，使用方便，成本低，能大幅度提高激光器的輸出功率和亮度的基于重疊體光柵的多路光纖激光相干組束裝置。

本發明的另一目的是提供激光相干組束方法。

為了克服現有技術的不足，本發明所要解決的技術方案是這樣實現的：基于重疊體光柵的多路光纖激光相干組束裝置，其該發明有突出的實質性特點和顯著的進步在于一個光纖光柵連接一個光纖耦合器，其光纖耦合器的另一側分別至少連接兩根摻雜雙包層光纖，每根摻雜雙包層光纖的一側均置有透鏡，每個透鏡的一側置有二色鏡，二色鏡與反射鏡之間置有偏振控制器，反射鏡一側置有重疊體光柵，重疊體光柵一側置有輸出耦合鏡，輸出耦合鏡輸出組束光。所說重疊體光柵是指在光學介質的同一區域內通過全息方法記錄得到的具有一定厚度的多個光柵。

一種權利要求1所述的基于重疊體光柵的多路光纖激光相干組束裝置的相干組束方法，其特征在于包括：

a、一個光纖光柵構成多個光纖激光器諧振腔的一邊時，各激光的波長與光纖光柵的工作波長相匹配時，各光纖激光器工作于同一波長；

b、一個光纖光柵和輸出耦合鏡構成光學諧振腔；

c、一個光纖光柵和輸出耦合鏡構成多路光纖激光的共用諧振腔，輸出耦合鏡將組束功率的一部分能量反饋回各光纖激光器中，各光纖激光器的光學振蕩互相牽制，從而使各光纖激光的相位互鎖；

d、一個重疊體光柵是一個組束器，同時還是一個分束器，它既可將多路滿足Bragg條件的入射光纖激光按Bragg角沿同一方向衍射，同時，還可將輸出耦合鏡反射回來的光束衍射成多路子光束；

e、一個重疊體光柵的雙向復用，既可實現對多路光纖激光的組束，也可使輸出耦合鏡反射回來的激光衍射成多束反饋回各光纖激光器實現各光纖激光器輸出光束的相位互鎖；

f、一個摻雜雙包層光纖中受激發射的激光通過光纖耦合器耦合進入光纖光柵；

g、一個重疊體光柵是在光學介質的同一區域內通過全息方法記錄得到的具有一定厚度的多個光柵，其光柵的數目與需要組束光纖激光的數目相等；

h、一個當光束k₁和k_i其中i＝1，2，…，N分別以體光柵K_G1和K_Gi確定的Bragg角α₁和α_i入射，它們的衍射光沿同一方向出射，體光柵的光柵矢量K_G1和K_Gi之間有一夾角φ_i，該夾角由Bragg條件cos(φ_i-β)＝K_Gi/2k決定，其中β是衍射光與z軸正方向的夾角，即Bragg角，K_Gi＝2π/d_i，d_i是第i個光柵的光柵常數，k＝2πn/λ是光束在光學介質中的傳輸常數，λ是入射光的波長，n是光學介質的平均折射率。

本發明與現有技術相比，具有以下技術效果：