[發明專利]基于棱鏡的光纖激光陣列相干合成準直器

有效

• 申請號: 201811201902.6
• 申請日: 2018-10-16
• 公開（公告）號: CN109239939B
• 公開（公告）日: 2021-10-19
• 發明（設計）人: 馬閻星;張鳴謙;奚加超;馬鵬飛;粟榮濤;陳子倫;吳堅;周樸;司磊;許曉軍
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: G02B27/30
• 分類號: G02B27/30;G02B27/10;G02B27/12
• 代理公司: 長沙國科天河知識產權代理有限公司 43225
• 代理人: 邱軼

本發明提供一種基于棱鏡的光纖激光陣列相干合成準直器，包括依次設置的光纖端帽陣列、透鏡組和棱鏡，光纖端帽陣列由N個且呈陣列分布的光纖端帽組成，光纖端帽陣列中的相鄰光纖端帽間的間距相等且均為Δ，光纖端帽陣列置于透鏡組的焦平面上，透鏡組的另一側設置有棱鏡，呈陣列分布的N個光纖端帽中位于光纖端帽陣列中心的中間光纖端帽與透鏡組以及棱鏡同軸線。由N個光纖端帽輸出的N路激光光束入射到透鏡組上經透鏡組輸出，經透鏡組輸出的N路光束彼此間存在交叉，棱鏡將經透鏡組輸出的N路光束校正為平行光束陣列輸出。本發明結構簡單緊湊，通過本發明可在同一準直器中實現多路光纖激光高占空比相干合成。

技術領域

本發明屬于光纖激光相干合成技術領域，特別是涉及一種基于棱鏡的光纖激光陣列相干合成準直器。

背景技術

光纖激光相干合成是獲得高亮度激光相干合成的重要方法之一，在空間光通信、科學研究、國防等領域具有廣闊的應用前景，是當前激光技術領域的研究熱點。

在陣列光束分孔徑相干合成中，若要實現良好的相干合成效果，陣列光束必須做到很高的占空比，這給準直器陣列研制帶來了很大困難。

發明內容

針對現有技術存在的缺陷，本發明提供一種基于棱鏡的光纖激光陣列相干合成準直器，可采用單一光纖準直器實現多路光纖激光的相干合成。

為實現上述技術目的，本發明的技術方案是：

基于棱鏡的光纖激光陣列相干合成準直器，包括依次設置的光纖端帽陣列、透鏡組和棱鏡，光纖端帽陣列由N個且呈陣列分布的光纖端帽組成，光纖端帽陣列中的相鄰光纖端帽間的間距相等且均為Δ，光纖端帽陣列置于透鏡組的焦平面上，透鏡組的另一側設置有棱鏡，呈陣列分布的N個光纖端帽中位于光纖端帽陣列中心的中間光纖端帽與透鏡組以及棱鏡同軸線。

由N個光纖端帽輸出的N路激光光束入射到透鏡組上經透鏡組輸出，經透鏡組輸出的N路光束彼此間存在交叉，棱鏡將經透鏡組輸出的N路光束校正為平行光束陣列輸出。

所述光纖端帽陣列、透鏡組和棱鏡均依次固定于支撐鏡筒上由支撐鏡筒支撐。所述支撐鏡筒采用金屬等硬質材料加工而成，具體尺寸需根據實際情況而定。

所述光纖端帽采用商用高功率光纖端帽，光纖端帽尾纖由用戶根據前端光纖激光器的輸出光纖型號確定，光纖端帽的直徑須小于相鄰光纖端帽間的間距Δ。N個光纖端帽所形成的陣列可以是蜂窩狀的六角密積陣列或方陣陣列。

所述透鏡組的等效焦距f由下式確定。

其中，ω是經透鏡組準直后的光束束腰半徑，由用戶根據實際需求進行確定；NA是光纖端帽尾纖的數值孔徑，k是比例系數，由光纖端帽尾纖參數確定。

透鏡組的口徑須大于入射到其上的N路陣列光束所形成的陣列光斑的尺寸。透鏡組在光學設計時須確保所有出射光束的光束質量無明顯退化，如出射光束與入射光束M²因子之差小于0.1。透鏡組的材料可由用戶根據激光波長和實際使用需求進行選擇，比如石英玻璃等。

所述棱鏡由一塊透明材料(如玻璃或水晶等透明材料)一體化加工而成。在本發明中，棱鏡的入射面為平面，入射面上鍍有輸出激光波長的增透膜，棱鏡的出射面包含N個不同的斜面，每一個斜面上均鍍有輸出激光波長的增透膜。每一個斜面對應一路由光纖端帽輸出的光束，且各斜面的尺寸大于或等于其所對應的光束尺寸。對于N路光束中的第i路光束所對應的斜面，該斜面與棱鏡入射面所在平面的角度由下式確定：

其中，n為棱鏡所采用的制作材料的折射率；θ_i為第i路光束與透鏡組光軸的夾角，由式確定，式中d_i為第i路光纖端帽與透鏡組光軸的距離。

棱鏡與透鏡組的距離L由下式確定，