CN111916977B - 一种激光光谱合成*** - Google Patents

一种激光光谱合成*** Download PDF

Info

Publication number
CN111916977B
CN111916977B CN202010777818.XA CN202010777818A CN111916977B CN 111916977 B CN111916977 B CN 111916977B CN 202010777818 A CN202010777818 A CN 202010777818A CN 111916977 B CN111916977 B CN 111916977B
Authority
CN
China
Prior art keywords
laser
grating
optical fiber
reflector
fiber light
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010777818.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN111916977A (zh
Inventor
黄晚晴
胡东霞
孙喜博
刘兰琴
张颖
耿远超
王文义
沈本剑
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Laser Fusion Research Center China Academy of Engineering Physics
Original Assignee
Laser Fusion Research Center China Academy of Engineering Physics
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Laser Fusion Research Center China Academy of Engineering Physics filed Critical Laser Fusion Research Center China Academy of Engineering Physics
Priority to CN202010777818.XA priority Critical patent/CN111916977B/zh
Publication of CN111916977A publication Critical patent/CN111916977A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111916977B publication Critical patent/CN111916977B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/23—Arrangements of two or more lasers not provided for in groups H01S3/02 - H01S3/22, e.g. tandem arrangements of separate active media
    • H01S3/2383—Parallel arrangements
    • H01S3/2391—Parallel arrangements emitting at different wavelengths
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/005—Optical devices external to the laser cavity, specially adapted for lasers, e.g. for homogenisation of the beam or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping
    • H01S3/0057—Temporal shaping, e.g. pulse compression, frequency chirping
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/005—Optical devices external to the laser cavity, specially adapted for lasers, e.g. for homogenisation of the beam or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping
    • H01S3/0071—Beam steering, e.g. whereby a mirror outside the cavity is present to change the beam direction
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/005—Optical devices external to the laser cavity, specially adapted for lasers, e.g. for homogenisation of the beam or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping
    • H01S3/0085—Modulating the output, i.e. the laser beam is modulated outside the laser cavity

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)

Abstract

本发明公开了一种激光光谱合成***，该***包括若干个能够发射不同中心波长的激光的光纤光源、用于反射光纤光源发出的激光的抛面反射镜和用于反射抛面反射镜反射出的激光的光栅，光栅为反射型衍射光栅，光纤光源发射出的若干束激光入射至所述抛面反射镜上并经抛面反射镜反射的同时被准直为平行光，经抛面反射镜反射出的若干束激光按各自波长对应的衍射角入射至所述光栅上的同一位置上并经光栅反射实现激光光谱合成。本***不需要使用透镜或其他透射元件进行激光的扩束和准直，避免了透射元件对高功率激光的吸收，使用一个抛面反射镜同时实现对激光的扩束、准直和入射角匹配，结构简单。

Description

一种激光光谱合成***
技术领域
本发明涉及激光技术领域，特别是涉及一种激光光谱合成***。
背景技术
目前，高功率光纤激光器由于其具有高的能量转换效率、优良的光束质量、稳定的输出，在各种应用中得到了广泛的应用。但由于损伤和非线性效应等的限制，单根光纤输出功率密度的进一步提升受到了限制，要实现更高功率密度的输出，光谱合成是一条有效的技术途径，光谱合成的原理是将不同波长的N束激光按其波长对应的衍射角入射到光栅上的同一位置，则从光栅该位置反射的N束激光，其反射角度一致，这N束激光实现了近场重叠和远场指向一致，则实现了功率合成。但是由于光纤光源发出的光的口径很小(决定于光纤纤径)，且发散角度很大，在其入射到光栅之前，需要对其进行准直和扩束。
针对上述问题，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的是提供一种激光光谱合成***。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种激光光谱合成***，包括若干个能够发射不同中心波长的激光的光纤光源、用于反射光纤光源发出的激光的抛面反射镜和用于反射抛面反射镜反射出的激光的光栅，所述光栅为反射型衍射光栅，光纤光源发射出的若干束激光入射至所述抛面反射镜上并经抛面反射镜反射的同时被准直为平行光，经抛面反射镜反射出的若干束激光按各自波长对应的衍射角入射至所述光栅上的同一位置上并经光栅反射实现激光光谱合成。
优选的，能够发射不同中心波长的若干个光纤光源呈一维排布。
优选的，具有不同中心波长的光纤光源发射出的激光入射至所述抛面反射镜上的入射角度和入射位置不同。
优选的，所述光纤光源发射激光的位置及出射角度根据光纤光源发射出的激光的中心波长、抛面反射镜的位置和光栅的各项参数确定。
优选的，所述光纤光源、抛面反射镜和光栅的位置设定的方法为：
(1)确定抛面反射镜的位置，抛面反射镜的方程式为：y2＝2Rx，其中，R为抛物线的焦准距；
(2)确定光栅的位置及各项参数，设光栅的刻线间距为d，激光在光栅上的入射/反射点坐标为[xg,yg]，光栅法线与x轴的夹角为θ，合成后激光在光栅上的出射角度为α，光纤光源发射出的激光的中心波长为λi(i＝1,2,…,n)，光栅的光栅方程式为：sinα+sinβi＝mλi/d，其中，m为衍射级次，一般取1，根据光栅方程求出经抛面反射镜反射出的激光入射至光栅上的入射角度βi(i＝1,2,…,n)；
(3)根据经抛面反射镜反射出的激光入射至光栅上的入射角度βi计算出经抛面反射镜反射出的激光与x轴的夹角，为βi-θ，结合经抛面反射镜反射出的激光过点[xg,yg]，求得经抛面反射镜反射出的激光的方程式；
(4)根据经抛面反射镜反射出的激光的方程式和抛面反射镜的方程式获得经抛面反射镜反射出的激光在抛面反射镜上的交点[xm,ym]；
(5)根据抛面反射镜反射出的激光在抛面反射镜上的交点[xm,ym]，计算出该点的法线方程式；
(6)根据步骤(4)获得的抛面反射镜反射出的激光的方程式和步骤(5)中的法线方程式以及反射定律计算出光纤光源发射出的激光的方程式，光纤光源发射出的激光的方程式的斜率对应的角度即为光纤光源的出射角度；
(7)根据光纤光源发射出的激光的方程式获得光纤光源的位置。
优选的，步骤(7)中将光纤光源发射出的激光延长与抛面反射镜的焦线相交即可获得光纤光源的坐标，抛面反射镜的焦线为x＝R/2，光纤光源的坐标[R/2,y1],[R/2,y2],…,[R/2,yn]。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
与现有技术的光谱功率合成***相比，本发明提供的激光光谱合成***不需要使用透镜或其他透射元件进行激光的扩束和准直，避免了透射元件对高功率激光的吸收，使用一个抛面反射镜同时实现对激光的扩束、准直和入射角匹配，结构简单。
附图说明
图1为本发明实施例2中10束激光合成的光轴示意图。
图中：1—光纤光源，2—抛面反射镜，3—光栅。
具体实施方式
为了使本领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本申请保护的范围。
实施例1
本具体实施例提供了一种激光光谱合成***，包括若干个能够发射不同中心波长的激光的光纤光源、用于反射光纤光源发出的激光的抛面反射镜和用于反射抛面反射镜反射出的激光的光栅，光栅为反射型衍射光栅，能够发射不同中心波长的若干个光纤光源呈一维排布，光纤光源发射出的若干束激光入射至所述抛面反射镜上并经抛面反射镜反射的同时被准直为平行光，经抛面反射镜反射出的若干束激光按各自波长对应的衍射角入射至所述光栅上的同一位置上并经光栅反射实现激光光谱合成，具有不同中心波长的光纤光源发射出的激光入射至所述抛面反射镜上的入射角度和入射位置不同。
光纤光源、抛面反射镜和光栅的位置设定的方法具体为：
(1)确定抛面反射镜的位置，抛面反射镜的方程式为：y2＝2Rx，其中，R为抛物线的焦准距；
(2)确定光栅的位置及各项参数，设光栅的刻线间距为d，设激光在光栅上的入射/反射点坐标为[xg,yg]，设光栅法线与x轴的夹角为θ，合成后激光在光栅上的出射角度为α，光纤光源发射出的激光的中心波长为λi(i＝1,2,…,n)，光栅的光栅方程式为：sinα+sinβi＝mλi/d，其中，m为衍射级次，一般取1，根据光栅方程求出经抛面反射镜反射出的激光入射至光栅上的入射角度βi(i＝1,2,…,n)；
(3)根据经抛面反射镜反射出的激光入射至光栅上的入射角度βi计算出经抛面反射镜反射出的激光与x轴的夹角，为βi-θ，结合该激光过点[xg,yg]，求得经抛面反射镜反射出的激光的方程式；
(4)根据经抛面反射镜反射出的激光的方程式和抛面反射镜的方程式获得经抛面反射镜反射出的激光在抛面反射镜上的交点[xm,ym]；
(5)根据抛面反射镜反射出的激光在抛面反射镜上的交点[xm,ym]，计算出该点的法线方程式；
(6)根据步骤(4)获得的抛面反射镜反射出的激光的方程式和步骤(5)中的法线方程式以及反射定律计算出光纤光源发射出的激光的方程式，光纤光源发射出的激光的方程式的斜率对应的角度即为光纤光源的出射角度；
(7)将光纤光源发射出的激光延长与抛面反射镜的焦线相交即可获得光纤光源的坐标，抛面反射镜的焦线为x＝R/2，光纤光源的坐标[R/2,y1],[R/2,y2],…,[R/2,yn]。
由以上步骤，在确定了光纤光源发射出的激光的中心波长λi和光栅的各项参数后，即可求得光纤光源的出射角度和坐标。
实施例2
本具体实施例以10个能够发射不同中心波长的激光的光纤光源为例说明光纤光源、抛面反射镜和光栅的位置设定，激光的中心波长λi在1053nm到1071.817nm间等间距分布。
抛面反射镜的焦准距R＝2800mm，由此确定抛面反射镜的方程式，抛面反射镜的方程式确定后，抛面反射镜的位置自然确定。
光栅刻线间距d为1/1740mm，α＝63.5，激光在光栅上的入射/反射点坐标为[1400,150]，θ＝68°，由此确定了光栅的位置。
根据实施例1提供的光纤光源发射激光的位置及出射角度确定的方法，确定光纤光源的位置，画出激光合成的光轴示意图如图1所示，图中1为光纤光源，2为抛面反射镜，3为光栅。
光栅3的位置及各项参数可以根据需求选择，根据光栅3的位置、各项参数及光纤光源1发射出的激光的中心波长后，即可求得光纤光源1的出射角度和坐标。
在本具体实施例中，当光纤光源1出射光的数值孔径为0.06mm时，经计算，其经过抛面反射镜后，其数值孔径约为0.0007mm，则已经成为平行度很高的准直光。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (1)

1.一种激光光谱合成***，其特征在于，包括若干个能够发射不同中心波长的激光的光纤光源、用于反射光纤光源发出的激光的抛面反射镜和用于反射抛面反射镜反射出的激光的反射光栅，能够发射不同中心波长的若干个光纤光源呈一维排布,光纤光源发射出的若干束激光入射至所述抛面反射镜上并经抛面反射镜反射的同时被准直为平行光，经抛面反射镜反射出的若干束激光按各自波长对应的衍射角入射至所述反射光栅上的同一位置上并经反射光栅反射实现激光光谱合成，其中，具有不同中心波长的光纤光源发射出的激光入射至所述抛面反射镜上的入射角度和入射位置不同，所述光纤光源、抛面反射镜和反射光栅的位置设定的方法为：
(1)确定抛面反射镜的位置，抛面反射镜的方程式为：y2＝2Rx，其中，R为抛物线的焦准距；
(2)确定反射光栅的位置及各项参数，设光栅的刻线间距为d，激光在光栅上的入射/反射点坐标为[xg,yg]，光栅法线与x轴的夹角为θ，合成后激光在光栅上的出射角度为α，光纤光源发射出的激光的中心波长为λi(i＝1,2,…,n)，反射光栅的光栅方程式为：sinα+sinβi＝mλi/d，其中，m为衍射级次，根据光栅方程求出经抛面反射镜反射出的激光入射至反射光栅上的入射角度βi(i＝1,2,…,n)；
(3)根据经抛面反射镜反射出的激光入射至反射光栅上的入射角度βi计算出经抛面反射镜反射出的激光与x轴的夹角，为βi-θ，结合经抛面反射镜反射出的激光过点[xg,yg]，求得经抛面反射镜反射出的激光的方程式；
(4)根据经抛面反射镜反射出的激光的方程式和抛面反射镜的方程式获得经抛面反射镜反射出的激光在抛面反射镜上的交点[xm,ym]；
(5)根据抛面反射镜反射出的激光在抛面反射镜上的交点[xm,ym]计算出该点的法线方程式；
(6)根据步骤(4)获得的抛面反射镜反射出的激光的方程式和步骤(5)中的法线方程式以及发射定律计算出光纤光源发射出的激光的方程式，光纤光源发射出的激光的方程式的斜率对应的角度即为光纤光源的出射角度；
(7)将光纤光源发射出的激光延长与抛面镜的焦线相交即可获得光纤光源的坐标，抛面镜的焦线为x＝R/2，光纤光源的坐标[R/2,y1],[R/2,y2],…,[R/2,yn]。
CN202010777818.XA 2020-08-05 2020-08-05 一种激光光谱合成*** Active CN111916977B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010777818.XA CN111916977B (zh) 2020-08-05 2020-08-05 一种激光光谱合成***

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010777818.XA CN111916977B (zh) 2020-08-05 2020-08-05 一种激光光谱合成***

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111916977A CN111916977A (zh) 2020-11-10
CN111916977B true CN111916977B (zh) 2021-12-17

Family

ID=73287214

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010777818.XA Active CN111916977B (zh) 2020-08-05 2020-08-05 一种激光光谱合成***

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111916977B (zh)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012000038A1 (de) * 2012-01-03 2013-07-04 Humboldt-Universität Zu Berlin Lasereinrichtung
CN104064948A (zh) * 2013-03-22 2014-09-24 中国科学院大连化学物理研究所 一种适用于气流化学激光器的可变选线稳定谐振腔

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5775325B2 (ja) * 2011-02-25 2015-09-09 浜松ホトニクス株式会社 波長可変光源
CN103633545A (zh) * 2013-12-07 2014-03-12 山东海富光子科技股份有限公司 一种外腔增强差频可调谐单频太赫兹源
CN105305210B (zh) * 2015-11-18 2018-04-13 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 一种基于多芯光纤的高功率全光纤激光器
CN109787076B (zh) * 2019-03-12 2024-04-19 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 热致波导结构激光器及激光放大器

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012000038A1 (de) * 2012-01-03 2013-07-04 Humboldt-Universität Zu Berlin Lasereinrichtung
CN104064948A (zh) * 2013-03-22 2014-09-24 中国科学院大连化学物理研究所 一种适用于气流化学激光器的可变选线稳定谐振腔

Also Published As

Publication number Publication date
CN111916977A (zh) 2020-11-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9596034B2 (en) High brightness dense wavelength multiplexing laser
US6005717A (en) Diode laser beam combiner system
CN110676691B (zh) 基于准直-偏转元件的半导体激光光谱合束装置及方法
US7283702B2 (en) Method and apparatus for optimizing the target intensity distribution transmitted from a fiber coupled array
US10666015B2 (en) Laser array beam combination device
CN105428996A (zh) 基于多光栅结构的半导体激光器合束装置及合束方法
CN105762632A (zh) 大功率激光高亮度光谱合成***
CN104020566B (zh) 二维大规模激光束阵列占空比调节装置
JP2004072069A (ja) 可変多波長半導体レーザーの共振空洞システム
CN111916977B (zh) 一种激光光谱合成***
CN113488843A (zh) 一种光谱组束***及超大功率激光的输出方法
CN203150902U (zh) 半导体激光装置
CN110542892B (zh) 一种激光发射天线
CN115663587B (zh) 一种基于自由曲面的二维阵列光谱合成方法及***
CN111326952A (zh) 基于片上调控半导体激光芯片的光谱合束装置
CN103887707B (zh) 一种具有大功率高光束质量激光的半导体激光器
CN115967014A (zh) 一种线阵半导体激光器的光谱合束装置
CN108551078A (zh) 一种半导体激光器合束装置
CN112879842A (zh) 一种应用于植物生长的激光照明***
JPWO2020174752A1 (ja) 光共振器およびレーザ加工装置
CN112310800A (zh) 一种紧凑式光纤耦合输出半导体激光器
CN221080623U (zh) 一种基于锥面衍射的光谱合束装置
CN219086442U (zh) 自适应反馈等光程蓝光半导体激光单管阵列光谱合束装置
CN213341081U (zh) 一种半导体激光器
CN218919558U (zh) 一种反射式激光激发荧光的光源

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant