[發明專利]一種復合型激光光束脈沖時序合成裝置

有效

• 申請號: 201510036563.0
• 申請日: 2015-01-23
• 公開（公告）號: CN104617477B
• 公開（公告）日: 2017-12-08
• 發明（設計）人: 高宏偉;韓琳;彭欽軍;薄勇;徐一汀;徐健;許家林;許祖彥
• 申請（專利權）人: 中國科學院理化技術研究所
• 主分類號: H01S3/10
• 分類號: H01S3/10;H01S3/23
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司11002
• 代理人: 郝瑞剛

技術領域

本發明涉及激光技術領域，尤其涉及一種復合型激光光束脈沖時序合成裝置。

背景技術

一般來說，單臺激光器隨著輸出功率的提高，其光束質量將非線性下降，因此采用將多束激光合成為一束是獲得高功率、高光束質量激光的重要方法。目前的激光光束合成技術主要有相干合成技術、直接合成技術、偏振合成技術、脈沖時序合成技術、光譜合成技術等。

相干合成技術是將多束滿足頻率相同、偏振相同、相位差恒定的子激光合成，合成效率高，但同時要實現多束子激光的頻率、偏振完全一致、相位差恒定，其控制系統的精度要求非常高、實現難度大、系統結構復雜。直接合成技術是將多束子激光邊靠邊的依次并排疊加，或者通過光束整形變換的方法實現光束合成，具有原理簡單和穩定性高的優點，但合成激光的光束質量會隨著合成子激光數目的增加而快速下降，因此不利于得到高功率高光束質量的激光輸出。偏振合成是通過偏振器件(如偏振片等)將兩束不同偏振狀態的子激光實現光合成，該技術可合成的子激光數量有限，而且高功率激光存在熱退偏問題，難以保持高的線偏振度，因此在高功率激光合成方面，偏振合成技術受到一定局限。

脈沖時序合成技術是以多個脈沖激光器為子激光，通過一定光路，使各個脈沖激光器的光束按一定時間順序發射，但多路子激光空間重合，從而實現時序上的光束合成，可以大大提高激光平均功率。目前，脈沖時序合成技術主要有偏振式時序合成和機械式時序合成。其中，偏振式脈沖時序合成技術利用電光調制等方式控制各子激光的偏振態改變，并通過偏振器件實現各子激光束合成。這種方法需要各子激光保持高線偏振度以保障合成效率，但由于熱畸變導致的退偏問題，高功率激光不利于保持高線偏振度，因此這個技術會影響高功率激光的合成效率。機械式時序合成是順序發射各子激光，使各子激光通過若干次反射形成空間重合以達到光束合成的目的，更加適用于高功率激光的合成，但是隨著合成子激光路數的增加，系統的復雜程度及對同步控制精度的要求也增大。

光譜合成技術是利用光柵、棱鏡等光學器件實現多束不同波長激光的合成。由于光譜合成不需對各子激光的相位、偏振、以及振幅進行控制就能實現合成光束在遠場和近場保持較好的重疊，因此作為高光束質量激光合成技術而倍受關注。但此方法在實際應用中，也存在一些問題。首先，光譜合成需要采用不同波長的多臺激光器，因此合成子激光數量受激光輸出波長和光柵光譜寬度的限制。而且，如果通過減小各子激光波長間隔來增加合成路數，串擾將導致總的合成效率逐漸下降。因此，由于子激光輸出波長、光柵光譜寬度以及串擾效應的限制，合成子激光數量受限，導致通過光柵光譜合成的激光輸出功率也受到一定限制。另外，光譜合成能夠保持較好的合成光束質量，但對于光柵光譜合成，光柵能夠承受的激光功率(即其損傷閾值)也使激光合成輸出功率受到一定限制，這是高功率激光合成中需要考慮的重要因素之一。

綜上所述，每一種激光合成技術都有其獨特的優勢，但是每一種激光合成技術在實現高功率、高光束質量的激光合成上均受到不同方面、不同程度的限制。有鑒于此，亟需提供一種高光束質量、高功率的激光合成裝置。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本發明要解決的技術問題就是提供一種高光束質量、高功率的復合型激光光束脈沖時序合成裝置。

(二)技術方案

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種復合型激光光束脈沖時序合成裝置，包括任意組脈沖激光器組、與所述脈沖激光器組對應的衍射光柵、傳動裝置和同步控制裝置；每組所述脈沖激光器組包括多個偏振時序合成單元；每個所述偏振時序合成單元包括多個子激光器，和使得多個所述子激光器的激光進行偏振時序合成的偏振時序合成器件；所述衍射光柵位于所述傳動裝置上，在所述傳動裝置的帶動下相對與其對應的所述脈沖激光器組做周期運動，并且所有所述衍射光柵依次進入對應的脈沖激光器組的工作位置；