基于三塊衍射光柵的光譜合束系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及光纖激光光譜合束系統，特別是一種基于三塊衍射光柵的光譜合束系統。
【背景技術】
[0002]光纖激光器由于具有體積小、效率高、光束質量好和便于熱管理等良好的特點，近年來實現了飛速的發展，在空間通信、激光武器、材料加工、遙感和激光雷達等領域得到了廣泛的應用。隨著技術的發展，高功率高光束質量的光纖激光逐漸成為各個應用領域的迫切需求，然而由于非線性效應、熱效應以及端面損傷的限制，單路光纖激光器存在著一定的功率極限。在這種情況下，光纖激光合束技術應運而生，其中包括相干合束和非相干合束。相干合束對激光的線寬、相位都有著嚴格的要求，在實現高功率合成的路途上遭遇了一定的瓶頸。而非相干合束，又稱作光譜合束，對激光的波長、相位以及線寬等要求大大降低，這種方法是通過一塊衍射光柵將不同角度入射的不同波長的激光以同樣的衍射角出射，從而得到一個共孔徑輸出的合束激光，光譜合束技術被認為是一種非常有希望獲得高功率的合束技術，近來成為了研宄熱點。
[0003]現有的光纖激光光譜合束系統的結構如圖2所示，由N個不同波長的種子源201，N個光纖放大器202以及N個準直輸出器203，折反鏡組204，衍射光柵205，平面反射鏡206，傅里葉透鏡207，CXD相機208組成。N個不同波長的種子源經過N個光纖放大器放大至一定的功率，經過N個準直輸出器出射。每一路出射激光經過一對折反鏡入射到衍射光柵上，衍射光柵以波長為Aci的立特羅角擺放，通過調整折反鏡可以使各路光束以合適的角度入射到衍射光柵上，從而以相同的角度出射，實現多路激光的高功率共孔徑輸出。
[0004]然而，上述現有的光譜合成系統存在一定的缺陷，實驗中所用的激光源都是有一定線寬的，根據閃耀光柵方程2d sine = λ可以推算出，衍射光柵對于有一定線寬的光源存在著色散效應Δ θ = Δ A/2d cos Θ，由于光束質量直接取決于遠場發散角和束腰半徑，這個色散效應就會導致合成光束質量的下降，為了盡量保證合成光束質量不至于嚴重退化，需要限制各路子光束的線寬Λ λ，根據相關的文獻分析，可知Λ λ應限制在GHz量級，而對于窄線寬光纖激光器來說，Δ λ又直接決定著受激布里淵散射的散射閾值，較小的Δ λ就限制了單路子光束的功率，從而限制了光譜合成的功率拓展。
【發明內容】
[0005]本發明針對上述現有的光纖激光合束系統所存在的合成光束質量退化嚴重、合束激光路數擴展不便利的問題，提出一種基于三塊衍射光柵的光譜合束系統。該系統能通過平行光柵的色散補償特性大大降低光束質量的退化，并且通過三塊光柵的空間結構實現更為便利的路數擴展。
[0006]本發明的技術解決方案如下:
[0007]一種基于三塊衍射光柵的光譜合束系統，包括M個不同波長的種子源、M個光纖放大器陣列、M個準直輸出器、第一塊衍射光柵、第二塊衍射光柵、第三塊衍射光柵、平面鏡、傅里葉透鏡和CCD相機，上述元件的位置關系如下:第二塊衍射光柵以波長為λ ^的立特羅角擺放，第一塊衍射光柵在第二塊衍射光柵的右上方與其平行放置，第三塊衍射光柵在第二塊衍射光柵的右下方與其平行放置，所述的種子源、光纖放大器和準直輸出器依次串聯并按波長排列成M行一列的高功率光纖放大器陣列，波長小于λ ^的高功率光纖放大器輸出的激光平行地入射到第一塊衍射光柵，波長大于λ ^的高功率光纖放大器輸出的激光平行地入射到第三塊衍射光柵，第一塊衍射光柵的衍射光和第三塊衍射光柵的衍射光均經第二塊衍射光柵衍射形成共孔徑的激光經所述的平面鏡輸出，該平面鏡與光路成45°，在該平面鏡的反射光束方向依次是所述的傅里葉透鏡和CCD相機，該CCD相機位于所述的傅里葉透鏡焦平面。
[0008]所述的不同波長的種子源的波長范圍在1040nm-1090nm，線寬為數十GHz。
[0009]所述的第一塊衍射光柵、第二塊衍射光柵以及第三塊衍射光柵均為偏振非相關的多層電解質反射式衍射光柵，刻線密度均為每毫米960刻線。
[0010]所述的一片平面反射鏡的前表面鍍有對激光透射率99%的高透射率膜，后表面鍍有增透膜。
[0011]本發明的技術效果:
[0012]本發明采用三塊衍射光柵對各種激光進行合束，可以視作上下兩組雙光柵結構，雙光柵結構可以實現一定的色散補償，這就大大降低了由于入射光源的有限線寬所引起的光束質量退化的問題，這就使得雙光柵結構能夠降低對子光束的線寬的要求，由于我們知道對于窄線寬高功率光纖激光器來說，線寬直接影響著受激布里淵散射的散射閾值，那么放寬了線寬的要求，也就意味著子光束的功率可以做得更高，這對合束技術是非常有益的。同時受限于光柵制造工藝，單塊光柵尺寸不可能制作得特別大，現實情況下，不可能有無限個平行光束同時入射到一塊衍射光柵，而三塊衍射光柵的結構恰恰能解決這個問題，我們將波長不同的子光束分作上下兩部分分別平行入射到兩塊衍射光柵，它們的衍射光共同入射到第三塊光柵上，從而實現了多路光束的光譜合束。
[0013]三塊衍射光柵均采用石英基底，熱穩定性好，能承受高功率密度的激光照射，無需復雜的冷卻系統。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發明基于三塊衍射光柵的光譜合束系統示意圖
[0015]圖2為現有的光譜合束系統示意圖
【具體實施方式】
[0016]下面結合附圖對本發明做進一步說明。
[0017]先請參閱圖1，圖1為本發明基于三塊衍射光柵的光譜合束系統示意圖。由圖可見，本發明基于三塊衍射光柵的光譜合束系統，包括M個不同波長的種子源101、M個光纖放大器陣列102、M個準直輸出器103、第一塊衍射光柵104、第二塊衍射光柵105、第三塊衍射光柵106、平面鏡107、傅里葉透鏡108和CXD相機109，上述元件的位置關系如下:第二塊衍射光柵105以波長為λ ^的立特羅角擺放，第一塊衍射光柵104在第二塊衍射光柵105的右上方與其平行放置，第三塊衍射光柵106在第二塊衍射光柵105的右下方與其平行放置，所述的種子源101、光纖放大器1