[發明專利]相干光束同軸合成的方法

無效

• 申請號: 200810201741.0
• 申請日: 2008-10-24
• 公開（公告）號: CN101382665A
• 公開（公告）日: 2009-03-11
• 發明（設計）人: 董洪成;許程;肖祁陵;邵建達;易葵;賀洪波;范正修
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: G02B27/28
• 分類號: G02B27/28;G02B27/10;G02B7/00
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司
• 代理人: 張澤純

技術領域

本發明與激光技術相關，特別是一種相干光束同軸合成的方法，以高效率地提高合成光束的能量并保持良好的光束質量。

技術背景

隨著激光在國防、科研、工業生產等領域的應用逐步加大，對大功率、高光束質量的激光束的需求也日益迫切。但是由于各種激光器受到不同機制或條件的限制，其輸出功率的提高總是有限的，而且單個激光器的輸出功率與光束質量成反比。如固體激光器在高強度輸出時，其增益介質的非線性效應和熱效應明顯嚴重，產生的熱致雙折射及熱透鏡效應使輸出功率的進一步提高受到了限制，甚至損壞或破壞增益介質及輸出鏡等元件，同時光束質量下降。盡管采取一些措施來改善這種情況，如使用板條形的增益介質，或者采用傳統的行波放大技術，但是最終都不能完全擺脫熱效應的影響，使輸出功率不能大幅度的提高。再如：光纖激光器具有結構緊湊、光束質量好和輸出穩定等優點，但是，大功率的輸出系統仍然受到了摻雜光線的非線性效應，光學損傷及熱效應的限制。一般來說，大幅度提高一個激光器的輸出功率是相當困難的，而且費用昂貴。

發明內容

本發明的目的是提供一種相干光束同軸合成的方法，該方法實現多束相干激光束的合成具有原理簡單、容易實現、合成效率高、光束質量好和通用性強等特點。

本發明的技術解決方案如下：

一種相干光束同軸合成的方法，其特點是包括下列步驟：

①將一束p偏振光和一束s偏振光經過一塊偏振合束鏡同軸地合為一束橢圓偏振光；

②然后經過一塊1/4波片和一塊1/2波片將所述的橢圓偏振光變為一束s偏振光或一束p偏振光；

③該合成的s偏振光或p偏振光按上述步驟①和步驟②的方法繼續與其他p偏振光或s偏振光合束，最終實現多束相干光束的合成。

所述的第①步的調整方法是：

先精確定位所述的偏振合束鏡，使待合成的p偏振光透過所述的偏振合束鏡，待合成的s偏振光經一高反射鏡的反射后入射到所述的偏振合束鏡的出射面并與透過所述的偏振合束鏡的待合成的p偏振光的光斑重合，使被所述的偏振合束鏡反射的s偏振光和透過該偏振合束鏡的p偏振光在空間疊加，在目視精度內保證疊加的光束在近場和遠場的光斑尺寸與所述的p偏振光或s偏振光的光束尺寸相同；

再通過干涉條紋觀察方法進一步調整，確保兩束光完全疊加在一起并形成一束具有穩定偏振態的橢圓偏振光：當所述的p偏振光和s偏振光經過所述的偏振合束鏡后成為合成光束，在該合成光束中插入一個檢偏器，該檢偏器的光軸不同于所述的p偏振光和s偏振光的振動方向，在該檢偏器后，垂直于所述的合成光束傳播方向的平面上觀察等厚干涉條紋，通過微調夾持所述的高反射鏡的鏡架的微調螺母，使干涉條紋逐漸稀疏并最終消失，這時所述的p偏振光和s偏振光在疊加處具有近似相等的波前，即兩束光在空間疊加很好并形成一束具有穩定偏振態的橢圓偏振光。

所述的鏡架為普通的二維光學調整架。

所述的第②步的調整方法是：

通過檢偏器和功率計判斷所述合成光束的橢圓偏振光的主軸方向；

在所述橢圓偏振光的合成光束中依次插入一塊1/4波片、一塊1/2波片和一個偏振分束器，要求所述的1/4波片的光軸與所述的橢圓偏振光的主軸平行；

旋轉所述的1/2波片并用功率計測量透過所述的偏振分束器的光束的強度，當所述的1/2波片旋轉到某一個角度時，所述的功率計測得光束的強度最小甚至為0，說明此時所述的p偏振光和s偏振光已合成為一束s偏振光；當所述的1/2波片旋轉到某一個角度時，所述的功率計測得光束的強度最大，則說明此時所述的p偏振光和s偏振光已合成為一束p偏振光；

所述的1/2波片定位后，移開所述的偏振分束器。

所述的待合成的p偏振光和s偏振光是任何激光器輸出的同頻率且相位差恒定的偏振光束。

所述的p偏振光和s偏振光是多縱模的，在疊加時，兩光束的幾何傳播路程差要控制在一定范圍內以獲得很高的合成效率。

所述的偏振合束鏡是偏振平板或偏振棱鏡。

所述的1/4波片也可以是薄膜型90°相位延遲片。

所述的1/2波片也可以是法拉第旋光器。

本發明具有以下優點：

1、本發明利用偏振光的偏振轉換原理實現多光束的相干合成，原理簡單，容易實現。

2、本發明可以將多束激光合成一束相干光束，并具有較高的光束合成效率。