[發明專利]一種一維多光束高占空比裝置

有效

• 申請號: 201510628838.X
• 申請日: 2015-09-28
• 公開（公告）號: CN105140768B
• 公開（公告）日: 2018-09-07
• 發明（設計）人: 趙朋飛;武春風;李強;姜永亮;呂亮;劉厚康;宋祥;唐仕旺;戴玉芬
• 申請（專利權）人: 湖北航天技術研究院總體設計所
• 主分類號: H01S3/067
• 分類號: H01S3/067;H01S3/23
• 代理公司: 武漢東喻專利代理事務所(普通合伙) 42224
• 代理人: 向彬

本發明涉及一種一維多路激光光束高占空比裝置，構型為階梯型構型，由對激光高透過性的材料加工而成，階梯面之間互相平行。不同波長的激光器輸出的激光束以相同的角度平行入射到裝置的階梯型面上，發生折射，由于激光束在階梯型裝置中經過的光程不一致導致偏折量不一致，然后形成不同的激光束以相同的角度從裝置出射，光束之間的間距減小。該裝置可以實現多束激光束在一維方向的高占空比排列，從而提高光纖激光器雙光柵光譜合成后的激光的光束質量，降低對單束激光線寬的要求，該裝置具有占空比高，結構簡單緊湊，體積小，穩定性好等特點。

技術領域

本發明屬于光纖技術領域，更具體地，涉及一種一維多光束高占空比裝置。

背景技術

隨著光纖激光器應用領域的擴展，對高功率光纖激光器亮度的要求也更加嚴格，要求更高輸出功率的同時保持好的光束質量。受限于非線性效應、光纖損傷和泵浦亮度等因素，單纖單模激光的輸出功率存在上限，理論上可實現三萬瓦級功率輸出。但自IPG2009年報道萬瓦級(9.6kW)輸出以來,鮮有進展。人們提出多種方案來提升輸出激光功率的同時保證高光束質量。為了獲得更高的激光功率輸出，提出了合成技術，例如相干合成，光譜合成等。光譜合束技術通過高損傷閾值平面衍射光柵將多束千瓦量級的窄線寬高光束質量光纖激光合為一束高光束質量高輸出功率的激光束，有望在現有光纖激光技術基礎上進一步提高激光的輸出功率同時保證高光束質量【Madasamy P,Jander D R,Brooks C D,etal.Dual-Grating Spectral Beam Combinationof High-Power Fiber Lasers[J].Selected Topics in Quantum Electronics IEEE Journal of,2009,15(2):337-343】。2013年Aculight公司采用多層介質膜光柵實現12束280W的光纖激光光譜合成，輸出功率大于3.1kW，光譜合成效率為97％，光束質量M²為1.35。2014年2月，洛馬公司成功演示一款30kW的光纖激光器，方案為多個光纖模塊分別發出不同波長的光束，通過光譜合束技術，將這些光束形成一束高功率、高光束質量的激光輸出。國內也有多家單位如四川大學、國防科技大學、空軍工程大學、華中科技大學、上海光機所、中國工程物理研究院以及航天科工四院等開展光譜合成技術研究。

光譜合束技術通過高損傷閾值平面衍射光柵將多束千瓦量級的窄線寬高光束質量光纖激光合為一束高光束質量高輸出功率的激光束，有望在現有光纖激光技術基礎上進一步提高激光的輸出功率同時保證高光束質量。采用雙光柵光譜合成方法，光束質量可以表示為式中λ_n,λ_n+1表示相鄰光束的中心波長,x表示相鄰光束之間的距離，ω₀表示光束的直徑，式子中Δλ表示光纖激光器的線寬，光束直徑ω₀與相鄰光束的距離x的比值為占空比，可以看出提高一維排列的占空比，將保證高光束質量的同時降低對單路光纖激光器的線寬的要求，降低非線性效應的影響，提高單路光纖激光器的輸出功率，使得最終的輸出功率以及光束質量達到更高的水平。傳統上，若采用將光束的輸出準直系統直接拼接排列，由于支撐裝置及尺寸的嚴格要求，光束的占空比很難做到很高。在本發明提出之前，還未有見到可應用于光纖激光器光譜合成的一維光束高占空比的裝置的報道。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種一維多路激光光束高占空比裝置，能夠保證高光束質量的同時降低對單路光纖激光器的線寬的要求，降低非線性效應的影響，提高單路光纖激光器的輸出功率。

為了實現上述目的，本發明提供了一維多路激光光束高占空比裝置，所述裝置的構型為階梯型構型，由對激光高透過性的材料加工而成，階梯面之間互相平行。

本發明的一個實施例中，不同波長的激光器輸出的激光束以相同的角度平行入射到裝置的階梯型面上，發生折射，由于激光束在階梯型裝置中經過的光程不一致導致偏折量不一致，然后形成不同的激光束以相同的角度從裝置出射，光束之間的間距減小。