一種復合式光譜合成裝置的制造方法
【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明涉及激光技術(shù)應用領域，尤其是一種復合式光譜合成裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 使用光譜合成技術(shù)能夠把多束不同波長的激光合為一束，在提高輸出總功率的同 時保持較好的光束質(zhì)量，從而提高激光的亮度。目前，公知的光譜合成裝置有兩類：第一 類基于偏振相關的多層介質(zhì)膜光柵，由保偏激光器和偏振相關多層介質(zhì)膜光柵組成，多束 激光由不同角度入射光柵，利用光柵的高色散能力將多束激光合成為一束。該類裝置的缺 點是只能實現(xiàn)保偏窄線寬激光器的光譜合成，而此類激光器的功率較低，系統(tǒng)復雜，成本高 昂；第二類基于偏轉(zhuǎn)無關的多層介質(zhì)膜光柵，由非激光器和偏振無關多層介質(zhì)膜光柵組成， 原理與第一類裝置類似。該類裝置可以實現(xiàn)非保偏激光器的光譜合成，但仍需要復雜而昂 貴的窄線寬激光器，且偏振無關多層介質(zhì)膜光柵設計和制備難度高，目前僅在極少數(shù)實驗 室應用，尚無商業(yè)化產(chǎn)品。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的，就是針對現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足，而提供一種復合式光譜合成裝 置的技術(shù)方案，該方案采用利用兩組多層介質(zhì)膜光柵光譜組束單元分別實現(xiàn)P偏振光和s 偏振光的光譜合成，最后通過偏振合束鏡完成復合式功率合成，實現(xiàn)高亮度激光輸出，能夠 克服現(xiàn)有光譜合成裝置對光源要求高、光柵難以獲得等不足，提高光譜合成裝置的實用 性，降低制造成本。
[0004] 本方案是通過如下技術(shù)措施來實現(xiàn)的：
[0005] -種復合式光譜合成裝置，包括有激光子束發(fā)射器、組束棱鏡組、偏振分光鏡、多 層介質(zhì)膜光柵和偏振合束鏡；激光子束發(fā)射器發(fā)出的激光子束經(jīng)過組束棱鏡組排列后由偏 振分光鏡分為P光和S光；P光和S光分別通過在光路上設置多層介質(zhì)膜光柵進行光譜合 成后匯聚在偏振合束鏡處輸出。
[0006] 作為本方案的優(yōu)選：P光光路上設置有一對石英旋光片，且分別設置于P光經(jīng)過多 層介質(zhì)膜光柵進行光譜合成前的光路上以及P光經(jīng)過多層介質(zhì)膜光柵進行光譜合成后的 光路上。
[0007] 作為本方案的優(yōu)選：S光的光路上設置有將S光導入偏振合束鏡的反射鏡。
[0008] 作為本方案的優(yōu)選：P光及S光的光路上的多層介質(zhì)膜光柵數(shù)量為一對，且兩塊多 層介質(zhì)膜光柵的參數(shù)完全相同且相互平行。
[0009] 作為本方案的優(yōu)選：光路中各激光器子束的波長、組束后各激光子束之間的間隔、 多層介質(zhì)膜光柵的周期、兩塊光柵之間的間距、光束入射角和衍射角等參數(shù)均相互匹配，使 各激光子束合成并由偏振合束鏡處輸出后的光斑位置和指向都完全重合。
[0010] 本方案的有益效果可根據(jù)對上述方案的敘述得知，由于在該方案中首先利用組束 棱鏡組將不同中心波長的多個子束激光拼接組束為間隔合適、指向平行的陣列光束，再利 用偏振分光鏡將激光分為偏振態(tài)分別為P和S的兩束線偏振陣列激光，利用兩組多層介質(zhì) 膜光柵光譜組束單元分別實現(xiàn)P偏振光和s偏振光的光譜合成，最后通過偏振合束完成復 合式功率合成，實現(xiàn)高亮度激光輸出。由于兩塊光柵的參數(shù)完全相同且相互平行，雙光柵結(jié) 構(gòu)可對色散進行有效補償，從而降低了對子束激光的窄線寬要求（與單光柵方案相比，線 寬要求降低了一個量級）。陣列光束的P光部分由石英旋光片轉(zhuǎn)變?yōu)閟光，光譜合成后再用 另一塊石英旋光片轉(zhuǎn)變?yōu)镻光。由于采用了偏振加光譜復合式功率合成方案，該裝置采用 偏振相關多層介質(zhì)膜光柵，此類產(chǎn)品技術(shù)成熟，且具有衍射效率高、耐強光能力好、口徑大 的優(yōu)點。該發(fā)明還具有較好的擴展能力，增加子束數(shù)量并增大第一塊光柵的尺寸即可提高 合成激光的功率。
[0011]由此可見，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，可實現(xiàn)多束激光的高效優(yōu)質(zhì)功率合成，提高激 光輸出功率和亮度；大幅放寬了對合成用激光偏振和線寬的要求，降低激光器成本，同時可 采用商業(yè)光柵器件，有利于功率合成裝置的應用和推廣，具有突出的實質(zhì)性特點和顯著地 進步，其實施的有益效果也是顯而易見的。
【附圖說明】
[0012] 圖1為本發(fā)明【具體實施方式】的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013] 圖中，1為激光子束發(fā)射器，2為組束棱鏡組，3為偏振分光鏡，4為反射鏡，5為多層 介質(zhì)膜光柵，6為石英旋光片，7為偏振合束鏡。
【具體實施方式】
[0014] 本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥 的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。
[0015] 本說明書（包括任何附加權(quán)利要求、摘要和附圖）中公開的任一特征，除非特別敘 述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個特征只 是一系列等效或類似特征中的一個例子而已。
[0016] 實施例
[0017] 在圖1中，激光子束（1-1~1-4)為自由偏振，波長分別為1055. 3nm、1057. 4nm、 1059. 4nm、1061. 2nm，光斑直徑6mm ;組束棱鏡（2-1~2-3)為鍍高反膜的直角棱鏡，對子束 激光（1-1~1-4)反射率高于99. 5%;偏振分光鏡（3)和偏振合束鏡（7)對p光的透過率高 于97. 5%，對s光的反射率高于99% ;反射鏡（4-1~4-2)對s光的反射率高于99% ;偏 振相關多層介質(zhì)膜光柵（5-1~5-4)對不同波長激光子束（1-1~1-4)的平均衍射效率大 于95 %，光柵周期為575nm (1740線對/mm);石英旋光片（6-1~6-2)對對子束激光（1-1~ 1-4)的透過率高于99%，旋偏角度為90° ;所有光學元件的面型誤差不大于0.2 μπι，且可 耐受強光長時間輻照。
[0018] 組束棱鏡（2-1~2-3)將各激光子束（1-1~1-4)拼接為緊密一維排布的陣列 光束，束間間隔均為8mm ;偏振分光鏡（3)將陣列光束分為s光和ρ光，其中s光由反射鏡 (4-1)反射后由兩塊偏振相關多層介質(zhì)膜光柵（5-1~5-2)光譜合成為一束，其中陣列光 束在第一塊光柵（5-1)上的入射角為65°，兩塊光柵中心距為796mm ;p光先由石英旋光片 (6-1)轉(zhuǎn)變?yōu)閟光，再由兩塊偏振相關多層介質(zhì)膜光柵（5-3~5-4)光譜合成為一束，再由 另一塊石英旋光片（6-2)轉(zhuǎn)變?yōu)閜光，最后與另一塊反射鏡（4-2)反射的s光通過偏振合 束鏡（7)偏振合成為一束合成激光束（8)。
[0019] 光路中各激光器子束（1-1~1-4)的波長λ n、組束后各激光子束（1-1~1-4)之 間的間隔九、偏振相關多層介質(zhì)膜光柵的周期Λ、兩塊光柵之間的間距L、光束入射角α和 衍射角0"等參數(shù)相互匹配，使各激光子束（1-1~1-4)合成為合成激光器（8)后光斑位 置和指向都完全重合。各參數(shù)之間的關系可由以下兩個方程描述：
[0022] 本發(fā)明并不局限于前述的【具體實施方式】。本發(fā)明擴展到任何在本說明書中披露的 新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。
【主權(quán)項】
1. 一種復合式光譜合成裝置，其特征是：包括有激光子束發(fā)射器、組束棱鏡組、偏振分 光鏡、多層介質(zhì)膜光柵和偏振合束鏡；所述激光子束發(fā)射器發(fā)出的激光子束經(jīng)過組束棱鏡 組排列后由偏振分光鏡分為P光和S光；所述P光和S光分別通過在光路上設置多層介質(zhì) 膜光柵進行光譜合成后匯聚在偏振合束鏡處輸出。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種復合式光譜合成裝置，其特征是：所述P光光路上設置 有一對石英旋光片，且分別設置于P光經(jīng)過多層介質(zhì)膜光柵進行光譜合成前的光路上以及 P光經(jīng)過多層介質(zhì)膜光柵進行光譜合成后的光路上。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種復合式光譜合成裝置，其特征是：所述S光的光路上設 置有將S光導入偏振合束鏡的反射鏡。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種復合式光譜合成裝置，其特征是：所述P光及S光的光 路上的多層介質(zhì)膜光柵數(shù)量為一對，且兩塊多層介質(zhì)膜光柵的參數(shù)完全相同且相互平行。5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4之一所述的一種復合式光譜合成裝置，其特征是：光路中各激 光器子束的波長、組束后各激光子束之間的間隔、多層介質(zhì)膜光柵的周期、兩塊光柵之間的 間距、光束入射角和衍射角等參數(shù)均相互匹配，使各激光子束合成并由偏振合束鏡處輸出 后的光斑位置和指向都完全重合。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種復合式光譜合成裝置的技術(shù)方案，該方案包括有激光子束發(fā)射器、組束棱鏡組、偏振分光鏡、多層介質(zhì)膜光柵和偏振合束鏡；激光子束發(fā)射器發(fā)出的激光子束經(jīng)過組束棱鏡組排列后由偏振分光鏡分為P光和S光；P光和S光分別通過在光路上設置多層介質(zhì)膜光柵進行光譜合成后匯聚在偏振合束鏡處輸出。該方案采用利用兩組多層介質(zhì)膜光柵光譜組束單元分別實現(xiàn)p偏振光和s偏振光的光譜合成，最后通過偏振合束鏡完成復合式功率合成，實現(xiàn)高亮度激光輸出，能夠克服現(xiàn)有光譜合成裝置對光源要求高、光柵難以獲得等不足,提高光譜合成裝置的實用性，降低制造成本。
【IPC分類】H01S3/13
【公開號】CN105244752
【申請?zhí)枴緾N201510727276
【發(fā)明人】張凱, 唐淳, 顏宏, 田飛, 李建民, 王樹峰, 謝庚辰, 馬毅, 關有光, 雒仲祥, 高清松, 陳黎, 羅佳, 盧飛, 廖原, 陳天江, 王 鋒, 何麗, 馬立斌
【申請人】中國工程物理研究院應用電子學研究所
【公開日】2016年1月13日
【申請日】2015年10月30日