一種一維多光束高占空比裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于光纖技術領域，更具體地，設及一種一維多光束高占空比裝置。
【背景技術】
[0002] 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、光纖損傷和累浦亮度等 因素，單纖單模激光的輸出功率存在上限，理論上可實現=萬瓦級功率輸出。但自IPG2009 年報道萬瓦級巧.6kW)輸出W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闊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【MadasamyP,JanderDR,化ooksC D,etal.Dual-GratingSpectralBeamCombinationofHigh-PowerFiberLasers[J]. SelectedTopicsinQuantumElectronicsIEEEJournalof, 2009, 15(2):337-343】。 2013年Aculi曲t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.IkW，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，將運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W及航天 科工四院等開展光譜合成技術研究。
[0003] 光譜合束技術通過高損傷闊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W 表不為
，'式中^^。+1表不相鄰光束的中屯、波長，X表不相鄰光束之 間的距離，〇。表不光束的直徑，式子中AA表不光纖激光器的線寬，光束直徑O。與相鄰 光束的距離X的比值為占空比，可W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W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】
[0004] 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。
[0005] 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。
[0006] 本發明的一個實施例中，不同波長的激光器輸出的激光束W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W相同的角度從裝置出射，光束之間的間距減小。
[0007] 本發明的一個實施例中，所述裝置由一體材料加工而成，或者是多塊材料堆疊拼 接而成。
[0008] 本發明的一個實施例中，加工所述裝置的材料包括石英晶體，或者融石英，或者 BK7。
[0009] 本發明的一個實施例中，所述階梯臺階厚度是相等的或者不相等的。
[0010] 本發明的一個實施例中，所述的裝置的階梯臺階數是任意的。
[0011] 本發明的一個實施例中，所述的裝置的階梯面鍛有與入射激光相應的增透膜。
[0012] 與現有技術相比，本發明提供的一維多路激光光束高占空比裝置具有W下有益效 果：
[0013] 1本發明提供了一種多光束合束裝置，利用階梯型的構型，實現一維任意多光束的 局占至比排列；
[0014] 2本發明提供的構型原理簡單，操作方便，環境適應性強；
[0015] 3本發明提供的光束合束裝置適用于光纖激光器雙光柵光譜合成W及其他光束合 成領域。
【附圖說明】
[0016] 圖1為本發明一維多光束高占空比裝置原理示意圖；
[0017]圖2為本發明實施例中多束激光經過本發明階梯裝置的折射示意圖。
【具體實施方式】
[001引為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，W下結合附圖及實施例，對 本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用W解釋本發明，并 不用于限定本發明。此外，下面所描述的本發明各個實施方式中所設及到的技術特征只要 彼此之間未構成沖突就可W相互組合。
[0019] 本發明提出了一種一維多路激光光束高占空比裝置，可W實現激光光束一維的高 占空比排列，應用于光纖激光器雙光柵光譜合成，使得保證高光束質量的同時降低單路光 纖激光器的線寬要求，提高單路光纖激光器的輸出功率，使得最終的輸出功率在保證高光 束質量的同時達到更高的水平。該裝置外形呈階梯型，為階梯型一維光束高占空比裝置，簡 稱為"階梯裝置"。
[0020] 該階梯裝置由對激光具有高透過性的材料加工而成，具體地，可W由一體材料加 工而成，也可W是多塊材料堆疊拼接而成。其加工材料可W是但不限于：石英晶體、融石英、 BK7等材料等。階梯的臺階數可根據所需排列的光路數確定。臺階的厚度可W是相等的也 可W是不等。階梯的臺階面鍛有與入射激光相應的增透膜，可W通過改變入射角或者階梯 的臺階厚度來調節光束的占空比。
[0021] 具體地，如圖1所示，本裝置實現一維光束高占空比的原理如下：兩束激光A和B 初始間距為D，W相同的角度a入射到階梯裝置C的階梯面上，激光A經過的階梯厚度為 山，激光B經過的階梯的厚度為dw，階梯裝置C的材料的折射率為n。根據簡單的幾何光 學可知，激光經過的材料厚度不同，由于折射偏移原傳播方向的距離也不同。激光A偏移 距離
，激光B偏移的距離
，則激光階梯裝置 (3) 后，激光之間的距離可W表示為：
。根據
COS0 = I-Sin2P，可W算出D'。可W看出改變階梯臺階的厚度W及入射角度可W改變光束之間的 距離，進而調節排列光束的占空比。
[0022] 如圖2所示，為多束激光經過本發明階梯裝置的折射示意圖，該階梯裝置由對激 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（1) (2) (3)輸出的 激光束（4) (5) (6)W相同的角度平行入射到裝置（7)的階梯型面上，發生折射，由于激光束 (4) 巧）（6)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 做（9) (10)W相同的角度從裝置（7)出射，光束之間的間距減小。
[0023] 上述方案已經為該發明申請人所在實驗室進行實驗驗證，該裝置可W實現多路光 束在一維方向上的高占空比排列。
[0024] 本領域的技術人員容易理解，W上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用W 限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含 在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1. 一種一維多路激光光束高占空比裝置，其特征在于，一維多路激光束高占空比裝置 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。2. 根據權利要求1所述的一維多路激光光束高占空比裝置，其特征在于，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。3. 根據權利要求1或2所述的一維多路激光光束高占空比裝置，其特征在于，所述裝置 由一體材料加工而成，或者是多塊材料堆疊拼接而成。4. 根據權利要求1或2所述的一維多路激光光束高占空比裝置，其特征在于，加工所述 裝置的材料包括石英晶體，或者融石英，或者BK7。5. 根據權利要求1或2所述的一維多路激光光束高占空比裝置，其特征在于，所述階梯 臺階厚度是相等的或者不相等的。6. 根據權利要求1或2所述的一維多路激光光束高占空比裝置，其特征在于，所述的裝 置的階梯臺階數是任意的。7. 根據權利要求1或2所述的一維多路激光光束高占空比裝置，其特征在于，所述的裝 置的階梯面鍍有與入射激光相應的增透膜。
【專利摘要】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。
【IPC分類】H01S3/23, H01S3/067
【公開號】CN105140768
【申請號】CN201510628838
【發明人】趙朋飛, 武春風, 李強, 姜永亮, 呂亮, 劉厚康, 宋祥, 唐仕旺, 戴玉芬
【申請人】湖北航天技術研究院總體設計所
【公開日】2015年12月9日
【申請日】2015年9月28日