相干合束系統和方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及激光合束技術領域，更具體地說，設及一種相干合束系統和方法。
【背景技術】
[0002] 由于半導體激光器具有體積小、重量輕、壽命長W及光電轉換效率高等諸多優點， 因此，半導體激光器在空間通信、遙感、激光加工和軍事國防等領域有著廣泛且重要的應 用。
[0003] 但是，由于單個半導體激光器件的功率較低、發散角較大，因此，需要通過合束技 術將多個半導體激光器件輸出的光束合成一個光束，來提高激光的輸出功率。雖然現有的 合束技術有空間合束、波導合束、光譜合束和相干合束等，但是，由于相干合束技術能夠在 保證光束質量的同時，提高輸出光束的功率，因此，相干合束技術已經成為激光合束領域的 重要發展方向。
[0004] 現有的激光相干合束系統尤其是紅外波段的激光相干合束系統大多采用達曼光 柵來實現光束的禪合。但是，由于達曼光柵的衍射效率在77 %左右，而光柵的禪合效率一般 會小于衍射效率，因此，會導致相干合束系統的禪合效率較低。并且，由于達曼光柵的周期 較大，衍射角較小，因此，會導致相干合束系統的體積較大，不便于使用。
【發明內容】
[0005] 有鑒于此，本發明提供了一種相干合束系統和方法，W解決現有的相干合束系統 禪合效率低W及體積大的問題。
[0006] 為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：
[0007] -種相干合束系統，包括激光器陣列W及依次位于所述激光器陣列出光光路上的 聚焦透鏡、亞波長光柵、空間濾波器和禪合鏡；
[000引所述激光器陣列包括多個激光器，用于出射平行的多束激光；
[0009] 所述聚焦透鏡用于將所述多束激光會聚至所述亞波長光柵上，并使所述激光器出 射的激光的傳播方向與所述亞波長光柵上相應級次衍射光的傳播方向相同；
[0010] 所述亞波長光柵位于所述聚焦透鏡的焦平面處，用于將所述多束激光合成一束 光，將所述禪合鏡的反射光分成多束光并分別反饋至所述激光器，W鎖定所述激光器的波 長和相位；
[0011] 所述空間濾波器用于過濾所述合成的一束光中的高級次衍射光，透射所述合成的 一束光中的零級次衍射光；
[0012] 所述禪合鏡用于輸出部分所述零級次衍射光，并將部分所述零級次衍射光反射至 所述亞波長光柵。
[0013] 優選的，所述激光器的個數為2M+1，其中，M為所述亞波長光柵的衍射級次。
[0014] 優選的，所述亞波長光柵為一維周期結構，且所述亞波長光柵的周期T滿足：（M+1) Vns < T < (M+3)Vns，其中，M為所述亞波長光柵的衍射級次，入為所述入射光的波長，ns為所 述亞波長光柵的折射率。
[0015] 優選的，所述激光器陣列還包括多個準直透鏡，每一個所述準直透鏡設置在一個 所述激光器的出光面，用于對所述激光器出射的激光進行準直。
[0016] 優選的，所述激光器陣列中各激光器出射的激光的波長相同，且所述波長的范圍 為1550nm~5000nm。
[0017] 優選的，所述亞波長光柵是在二氧化娃襯底、雙拋娃襯底或雙拋神化嫁襯底上刻 蝕形成的。
[0018] 優選的，所述空間濾波器為光闊。
[0019] 優選的，所述準直透鏡的入光面和出光面具有減反射膜;所述亞波長光柵的入光 面和出光面具有減反射膜。
[0020] 優選的，所述禪合鏡的入光面具有增反射膜，所述禪合鏡的出光面具有減反射膜。
[0021] -種相干合束方法，應用于如上任一項所述的相干合束系統，包括：
[0022] 激光器陣列出射平行的多束激光；
[0023] 聚焦透鏡將所述多束激光會聚至所述亞波長光柵上，并使所述激光器出射的激光 的傳播方向與所述亞波長光柵上相應級次衍射光的傳播方向相同；
[0024] 亞波長光柵將所述多束激光合成一束光；
[0025] 空間濾波器過濾所述合成的一束光中的高級次衍射光，透射所述合成的一束光中 的零級次衍射光；
[0026] 禪合鏡輸出部分所述零級次衍射光，并將部分所述零級次衍射光反射至所述亞波 長光柵，使所述亞波長光柵將所述反射光分成多束光并分別反饋至所述激光器，W鎖定所 述激光器的波長和相位，實現相干合束。
[0027] 與現有技術相比，本發明所提供的技術方案具有W下優點：
[0028] 本發明所提供的相干合束系統和方法，通過亞波長光柵來實現激光的合束，由于 亞波長光柵的禪合效率比達曼光柵的禪合效率高，約為95%，因此，可W提高相干合束系統 的禪合效率;并且，由于亞波長光柵的周期小、衍射角大，因此，可W使得相干合束系統的體 積較小，便于相干合束系統的小型化。
【附圖說明】
[0029] 為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現 有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發明的實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可W根據 提供的附圖獲得其他的附圖。
[0030] 圖1為本發明實施例提供的相干合束系統的結構示意圖；
[0031] 圖2為本發明實施例提供的亞波長光柵的衍射級次示意圖；
[0032] 圖3為本發明實施例提供的亞波長光柵的結構示意圖；
[0033] 圖4為本發明實施例提供的相干合束方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0034] 下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于 本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他 實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0035] 本發明實施例提供了一種相干合束系統，如圖1所示，包括激光器陣列IW及依次 位于該激光器陣列1出光光路上的聚焦透鏡2、亞波長光柵3、空間濾波器4和禪合鏡5。
[0036] 本實施例中，激光器陣列1包括多個激光器10和多個準直透鏡11，每一個準直透鏡 11設置在一個激光器10的出光光路上。其中，激光器10用于出射激光。準直透鏡11的中屯、與 激光器10的中屯、重合，用于準直對應的激光器10出射的激光。進一步地，可在準直透鏡11的 出光面110和入光面111均增設反射率小于2%的減反射膜，W增加準直透鏡11的透光率。基 于此，激光器陣列1可出射相互平行的多束激光。
[0037] 可選的，本實施例中的激光器10為法布里-巧羅半導體激光器。進一步地，激光器 陣列1中的各激光器10的波長相同、功率相近，W便能夠更好的合光。可選的，本實施例中激 光器10的波長范圍為1550nm~5000nm，進一步優選為2000nm~5000nm。
[0038] 由于相干合束需要各激光光束的偏振方向相同，因此，本實施例中各激光器10出 射的激光的偏振方向優選為相同。當然，本發明并不僅限于此，若某些激光器10的激光的偏 振方向與其他激光器10的偏振方向不同，可在運些激光器10和亞波長光柵3之間設置偏振 片，W使經過偏振