專利名稱：激光束合成裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光學設備，具體說是一種激光束合成裝置。
源自不同激光器的激光束的空間合成，在激光分離同位素、攝像、彩電等領(lǐng)域都是重要的技術(shù)環(huán)節(jié)。在現(xiàn)有技術(shù)中，可以利用多層介質(zhì)膜雙色分光鏡將每一分立的激光束合成為同軸的混合光束，此方法能夠獲得指定波長范圍內(nèi)的高反射和高透射特性，據(jù)此而提出的激光束合成裝置具有合成空間范圍大，能量利用率高的優(yōu)點，但其對波長的變化極為敏感，特別是當人射光束的波長差接近到100 時，上述優(yōu)點則隨之消失。美國專利U.S.P4174150公開一種System For Combining Laser Beams of Diverse Frequencies，利用分光鏡作分束元件將輸入光50%反射，50%透射，這樣合成光束僅為原輸入光束總能量的1/2，大大降低了實用功率。
本發(fā)明的目的是提供一種合成空間范圍大、能量利用率高、波長響應范圍寬的激光束合成裝置。
雙折射晶體，如方解石，對不同偏振光具有不同的折射率，當一束非偏振光沿不同于晶體光軸方向傳播時，會產(chǎn)生二束不同偏振態(tài)的折射光。利用此現(xiàn)象，采用逆推方法將兩束不同偏振態(tài)的光束輸入雙折射晶體，即可合成為一同軸光束，利用此原理設計本發(fā)明。具體說，本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的一種激光束合成裝置包括激光器和光束合成元件，所說的光束合成元件是由一塊四棱臺形方解石晶體的底面與楔形方解石晶體的斜面由加拿大膠膠合而成的格蘭-湯姆遜棱鏡，兩塊晶體的光軸平行各自通光的入射面，四棱臺形方解石晶體的底角等于或大于垂直入射的光束在膠合面上的全反射臨界角，兩個激光器與光束合成元件間的兩光路中分別設有由一平凸薄透鏡和一平凹薄透鏡組成的調(diào)焦望遠鏡，在其中一光路中調(diào)焦望遠鏡的后面設有調(diào)制光偏振度的1/2波片。
本發(fā)明中以格蘭-湯姆遜棱鏡為光束合成元件，其中加拿大膠為各向同性介質(zhì)，對兩折射光透明，折射率相同，而且滿足n1＞n0＞n2其中n1和n2分別為兩激光器產(chǎn)生的入射光的折射率，n0為加拿大膠對二束光的折射率。當兩束光分別垂直入射兩晶體通光的入射面時，將沿垂直于晶體光軸的方向傳播，并且都不偏折地射向膠合面，在膠合面上第一條折射光是從光密介質(zhì)入射到光疏介質(zhì)，當其入射角等于或超過其臨界角時，即獲得全反射，對第二條折射光而言，光束在膠合面上始終是從光疏介質(zhì)入射到光密介質(zhì)，因而不會產(chǎn)生全反射，又因膠很薄，此光束將沿直線穿過楔形晶體，這樣兩光束通過膠界面后就合成為一同軸光束。顯而易見，這種合成元件對波長響應范圍很寬，既可用于兩束波長差很大的光束，也可以用于兩束波長差很小的光束，甚至波長相同的兩束光的合成，而且合成效率高。裝置中利用調(diào)焦望遠鏡可以控制二束光的光斑面積，保證二束光在晶體的入射面上具有相同的截面積，又可達到大的合成空間。
現(xiàn)結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做具體描述

圖1為本發(fā)明所提供的一種用于合成二束激光的激光束合成裝置示意圖;
圖2為本發(fā)明所提供的一種用于合成三束激光的激光束合成裝置示意圖;
圖3為雙色分光鏡光輸特性示意圖，其中縱坐標和橫坐標分別為入射光的透射率和波長。
如圖1所示，一種用于合成二束激光的激光束合成裝置，包括兩臺LPD-3000型可調(diào)諧染料激光器1和2，一個光束合成元件7，它是由一塊四棱臺形方解石晶體的底面與一塊楔形方解石晶體的斜面用加拿大膠膠合而成的格蘭-湯姆遜棱鏡，兩塊晶體的光軸平行于各自通光的入射面，四棱臺形方解石晶體的底角C等于或大于垂直入射的光束在膠合面上的全反射臨界角，此處C≥68°。兩激光器1和2與光束合成元件7之間的兩條光路中分別設有由一面R＝106.4mm的平凸薄透鏡和一面R＝124.22mm的平凹薄透鏡組成的調(diào)焦望遠鏡3和4，調(diào)焦望遠鏡3或4的二鏡片可以置于一體，也可分割布置在空間相距很大的位置上，具體可視光束的截面積和發(fā)散角而定。在第一光路中調(diào)焦望遠鏡3的后面設有反射率為99.5%的全反射鏡5，用于調(diào)整光束方向，保證由激光器1發(fā)出的激光束垂直入射到四棱臺形方解石晶體的通光入射面。如改變激光器1的位置，使之產(chǎn)生的激光束能直接垂直射入四棱臺形方解石晶體的通光入射面，則可不設此反射鏡5。在第二光路中調(diào)焦望遠鏡4的后面設有石英材料1/2波片6，用于調(diào)制源自激光器2的激光束的偏振度，使其與源自激光器1的激光束的偏振方向互相垂直。該1/2波片也可以置于第一光路中調(diào)焦望遠鏡3和全反射鏡5之間，其作用相同。由激光器1和2發(fā)出的兩種不同波長的激光束，在一般條件下均具有良好的線偏振特性，但因可調(diào)諧染料激光器結(jié)構(gòu)相同，故其輸出光的偏振方向一致，由于光程不同，在兩晶體入射面處光斑截面積會有差異，因此兩束不同波長的光束分別通過一調(diào)焦望遠鏡的調(diào)制，保證它們在兩晶體的入射面上具有相同的截面積，經(jīng)過調(diào)焦望遠鏡的兩束光之一透過1/2波片6后，使光束的偏振方向旋轉(zhuǎn)90°，這樣二束原來偏振方向相同的光束就變成偏振方向互相垂直的光束，為光束合成提供了基本前提。這樣兩束源自激光器1和2的激光束垂直入射到兩晶體的通光入射面后，經(jīng)過光束合成元件7被合成為一同軸光束。還可以在合成的同軸光束的光路中設一分光鏡8，能量很小的反射光束經(jīng)反射鏡9被引入攝像頭10，通過光學分析儀11來監(jiān)測光束的特性和合成的空間特性。
如圖2所示，一種用于合成三束激光的激光束合成裝置，除了包括合成雙束激光的激光束合成裝置的部件外，它還設有一臺LPD-3000型可調(diào)諧染料激光器12，在光束合成元件7的后部設有雙色分光鏡15，在激光器12至雙色分光鏡15之間的第三光路中設有調(diào)焦望遠鏡13和全反射鏡14。如圖3所示，雙色分光鏡15對光具有選擇性傳輸特性，即對某一波段的光具有高的反射率，而對另一波段的光具有高的透射率，波長位于高透射帶或波長位于高反射帶的光經(jīng)過雙色分光鏡后幾乎全部被透射或被反射。利用這一傳輸特性可以很容易地將分別位于這兩個譜帶的光束合成為一束混頻光束，并且可以獲得較高的合成傳輸效率。本實施例中采用的三束激光，其波長分別為λ1＝5760 、λ2＝5800 、λ3＝6300 ，前兩者波長差僅為40 ，第三束光與前兩者波長差500 以上，首先使波長相近的二束光經(jīng)格蘭-湯姆遜棱鏡7合成，得一同軸光束，再與第三束波長相差較大的光經(jīng)雙色分光鏡15合成為一混頻光束。能量利用率均高于90%以上，優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)，而且合成光束具有良好的截面重疊性和光程。本實施例中同樣可在混頻光束的光路中設置由分光鏡、反射鏡、攝像頭和光學分析儀組成的光束合成質(zhì)量監(jiān)測器。
權(quán)利要求
1.一種激光束合成裝置包括激光器(1)和(2)及光束合成元件(7)，其特征在于所說的光束合成元件(7)是由一塊四棱臺形方解石晶體的底面與一楔形方解石晶體的斜面由加拿大膠膠合而成的格蘭-湯姆遜棱鏡，兩塊晶體的光軸平行于各自通光的入射面，四棱臺形方解石晶體的底角大于或等于垂直入射的光束在膠合面上的全反射臨界角，兩個激光器(1)和(2)與光束合成元件(7)間的兩光路中分別設有由一平凸薄透鏡和一平凹薄透鏡組成的調(diào)焦望遠鏡(3)和(4)，在其中的一光路中調(diào)焦望遠鏡(3)或(4)的后面設有調(diào)制光偏振度的1/2波片(6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所說的一種激光束合成裝置，其特征在于它還設有一臺激光器(12)，在光束合成元件(7)的后部設有雙色分光鏡(15)，在激光器(12)至雙色分光鏡(15)間的光路中設有調(diào)焦望遠鏡(13)和全反射鏡(14)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所說的一種激光束合成裝置，其特征在于在合成光束的后部設有由分光鏡(8)、反射鏡(9)、攝像頭(10)和光學分析儀(11)組成的光束合成質(zhì)量監(jiān)測器。
全文摘要
本發(fā)明公開一種激光束合成裝置，用于激光束的空間合成。其特征是光束合成元件是由一四棱臺形方解石晶體的底面與一楔形方解石晶體的斜面用加拿大膠膠合成的格蘭-湯姆遜棱鏡，兩晶體的光軸平行各自通光的入射面，四棱晶體的底角大于或等于垂直入射的光在膠合面上的全反射臨界角，兩激光器至光束合成元件間的兩光路中設有調(diào)焦望遠鏡，其中一光路中還設有1/2波片。具有合成空間范圍大，能量利用率高和波長響應范圍寬等優(yōu)點。
文檔編號G02B27/12GK1099146SQ9310978
公開日1995年2月22日 申請日期1993年8月18日 優(yōu)先權(quán)日1993年8月18日
發(fā)明者董麗萍, 季茂利 申請人:核工業(yè)理化工程研究院