CN114994934B - 光谱合束装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光技术领域，具体提供一种光谱合束装置及方法，光谱合束装置包括激光单元、变换透镜、反射光栅以及外腔镜；激光单元的前腔面和外腔镜均位于变换透镜的前焦平面上，反射光栅位于变换透镜的后焦平面上；光谱合束装置以透射光栅的法线的利特罗角为光轴，外腔镜与光轴垂直。本发明的光谱合束装置通过光谱合束方向和非光谱合束方向的协作，使得激光单元直接成像到外腔镜上，即使出现如封装smile或者装调导致的指向偏离，也可以通过光路补偿，实现高稳定性外腔反馈；且合束光路与激光单元出射光路在光谱合束方向上重叠，整个光谱合束装置可用于对稳定性、可靠性要求高的场合。

Description

光谱合束装置及方法

技术领域

本发明涉及激光技术领域，尤其涉及一种光谱合束装置及方法。

背景技术

光谱合束技术是当前实现高功率、高光束质量合束激光的最为可行技术之一。从1999年报道至今，该技术已经成功应用在全固态激光器、光纤激光器以及半导体激光器上面，大幅度提升了激光器性能。

当前应用在半导体激光领域的光谱合束结构主要为闭环式光谱合束结构，其实现结构为：激光单元的后腔面与外腔镜组成谐振腔，激光单元前腔面镀增透膜，在光谱合束方向排列，并沿着相同的方向出射，经过变换透镜的作用，共同入射到光栅上，再经过光栅衍射输出到外腔镜，只有垂直入射到外腔镜并能够反射回原激光单元的光能够谐振。由于光栅和外腔反馈等作用，使得激光单元谐振到不同的激光波长，经过光谱合束后的激光功率倍增，光束质量与激光单元保持一致，但是整体光谱变宽。

为了实现好的光谱合束效果，激光芯片的出光端面和光栅分别处于变换透镜的前后焦平面，即激光芯片到光栅的距离至少为二倍变换透镜焦距。另外，无论是基于反射光栅的光谱合束结构还是基于透射光栅的光谱合束结构，经过光栅衍射后输出光路不与入射光路重合，使得输出激光需要占用额外空间，进一步加大光谱合束结构尺寸。且外腔镜通常位于光谱合束光源的***或者边缘。

为了在合适的光谱范围内实现有效的光谱合束，受限于光栅色散能力，当前文献普遍报道的近红外波段的光谱合束光源所采用的变换透镜焦距长达数百毫米，有的为了压缩带宽，变换透镜焦距甚至达到米量级，导致外腔光谱光源的谐振腔普遍达到数百毫米甚至数米，整个光谱合束光源体积尺寸较大。

另外，作为谐振腔镜的后腔镜总是处于光源的***或者边缘位置，难以保证其结构稳定性，给整个光谱合束光源的结构稳定性和长期可靠性带来大的隐患，尤其是应用在对环境适应性要求高的场合，如国防等。

发明内容

本发明为解决上述问题，提供一种小角度折叠的光谱合束装置及方法。

本发明提供一种光谱合束装置，所述光谱合束装置包括激光单元、变换透镜、反射光栅以及外腔镜；所述激光单元的前腔面和所述外腔镜均位于所述变换透镜的前焦平面上，所述反射光栅位于所述变换透镜的后焦平面上；所述光谱合束装置以所述反射光栅的法线的利特罗角为光轴，所述外腔镜与所述光轴垂直；

所述光谱合束装置的光路包括光谱合束方向和非光谱合束方向；

在所述光谱合束方向，所述激光单元输出激光光束，所述激光光束经过所述变换透镜作用，以不同角度入射至所述反射光栅；所述激光单元输出的激光光束在所述反射光栅上发生重合，再次入射到所述变换透镜后，最终入射至所述外腔镜；

在所述非光谱合束方向上，所述激光单元输出的激光光束，经过所述变换透镜作用后，以角度θ_y入射到所述反射光栅上，经过所述反射光栅以相同夹角θ_y反射后，返回入射至所述变换透镜，再被所述变换透镜准直后入射至所述外腔镜。

优选的，所述变换透镜为旋转对称透镜。

优选的，所述光谱合束装置还包括补偿镜，所述补偿镜与所述变换透镜组合形成成像镜，将所述激光单元的前腔面成像到所述外腔镜。

优选的，所述补偿镜为旋转对称透镜。

优选的，所述激光单元包括中心激光单元和边缘激光单元，每个所述激光单元分别输出不同波长的激光光束。

优选的，所述中心激光单元输出的激光光束与所述反射光栅的入射角和衍射角，在所述光谱合束方向上均为利特罗角。

优选的，所述中心激光单元输出的激光光束与所述反射光栅的入射角，在所述非光谱合束方向上的夹角小于10°。

优选的，所述激光单元包括激光器件和光学元件，所述光学元件对所述激光器件输出的激光光束进行准直、整形或偏振方向调整中的至少一种，所述激光器件在输出激光光束的端面镀有增透膜。

优选的，所述激光器件为半导体激光器、光纤激光器或者全固态激光器。

优选的，所述反射光栅为一级衍射光栅，所述反射光栅一级衍射效率大于90%，所述反射光栅的衍射偏振方向与所述激光光束的偏振方向匹配。

本发明还提供一种光谱合束方法，所述光谱合束方法通过上述的光谱合束装置实现，所述光谱合束方法包括步骤：

S1、在所述光谱合束方向，所述激光单元输出激光光束，所述激光光束经过所述变换透镜作用，以不同角度入射至所述反射光栅；所述激光单元输出的激光光束在所述反射光栅上发生重合，再次入射到所述变换透镜后，最终入射至所述外腔镜；

S2、在所述非光谱合束方向上，所述激光单元输出的激光光束，经过所述变换透镜作用后，以角度θ_y入射到所述反射光栅上，经过所述反射光栅以相同夹角θ_y反射后，返回入射至所述变换透镜，再被所述变换透镜准直后入射至所述外腔镜。

本发明提出的小角度折叠光谱合束装置及方法，通过光谱合束方向和非光谱合束方向的协作，在光谱合束方向通过利特罗结构衍射，具有高的衍射效率；在非光谱合束方向上折叠光路，并通过成像关系，使得激光单元直接成像到外腔镜上，即使出现如封装smile或者装调导致的指向偏离，也可以通过光路补偿，实现高稳定性外腔反馈；且合束光路与激光单元出射光路在光谱合束方向上重叠，外腔镜处于激光光路的内部，具有高的稳定性和光源紧凑型，可用于对稳定性、可靠性要求高的场合。

具体的，本发明提出的光谱合束装置及方法具有以下的突出效果：

（1）高光谱合束效率。在本发明的光谱合束装置中，反射光栅的入射角和衍射角均为利特罗角，具有最高的衍射效率，使得整个光谱合束装置具有高的光谱合束效率；同时，激光单元的前腔面、变换透镜、反射光栅、变换透镜和外腔镜处于4f***中，即变换透镜的焦距为f，激光单元的前腔面和外腔镜均处于变换透镜的前焦平面上，距离为f，反射光栅处于变换透镜后焦平面上，距离也为f，因此激光光束从激光芯片输出到外腔镜，经历了4f，通过该装置，可以直接将激光单元的前腔面成像到外腔镜上，具有非常高的外腔反馈效率和稳定性，有助于实现高效率外腔谐振。

（2）高结构稳定性。在本发明的光谱合束装置中，外腔镜位置与中心激光单元在光谱合束方向上重合，位于光路中间，具有非常好的结构稳定性；同时，外腔镜处于变换透镜的焦点位置，利用“猫眼”效应，即使外腔镜有一定角度或者位置变化，也可以实现稳定的外腔反馈，实现高的稳定谐振。

（3）结构紧凑，便于光源小型化。在本发明的光谱合束装置中，经过反射光栅后的合束光路，与经过反射光栅前的合束光路，在光谱合束方向上实现重合，在光谱合束方向上不占据其他空间，具有非常好的结构紧凑性。

附图说明

图1是本发明一种实施方式的光谱合束装置的立体结构示意图。

图2是本发明一种实施方式的光谱合束装置在光谱合束方向的结构示意图。

图3是本发明一种实施方式的光谱合束装置在非光谱合束方向的结构示意图。

图4是现有技术中第一种对比例的光谱合束装置结构示意图。

图5是现有技术中第二种对比例的光谱合束装置结构示意图。

图6是现有技术中的光谱合束装置光轴出现偏离的示意图。

附图标记

oz、光轴，10、激光单元阵列，110、中心激光单元，111、第一激光单元，112、第二激光单元，1001、输出光束，1002、合束光束，2001、一级衍射方向，20、变换透镜，30、反射光栅，40、外腔镜，50、透射光栅，70、准直镜。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。

具体实施方式中，本发明提供一种光谱合束装置，所述光谱合束装置包括激光单元、变换透镜、反射光栅以及外腔镜；所述激光单元的前腔面和所述外腔镜均位于所述变换透镜的前焦平面上，所述反射光栅位于所述变换透镜的后焦平面上；所述光谱合束装置以所述反射光栅的法线的利特罗角为光轴，所述外腔镜与所述光轴垂直；

所述光谱合束装置的光路包括光谱合束方向和非光谱合束方向；

在所述光谱合束方向，所述激光单元输出激光光束，所述激光光束经过所述变换透镜作用，以不同角度入射至所述反射光栅；所述激光单元输出的激光光束在所述反射光栅上发生重合，再次入射到所述变换透镜后，最终入射至所述外腔镜；

在所述非光谱合束方向上，所述激光单元输出的激光光束，经过所述变换透镜作用后，以角度θ_y入射到所述反射光栅上，经过所述反射光栅以相同夹角θ_y反射后，返回入射至所述变换透镜，再被所述变换透镜准直后入射至所述外腔镜。

如图1所示，为本发明一种实施方式的光谱合束装置的立体结构示意图，该实施方式的光谱合束装置包括激光单元、变换透镜20、反射光栅30以及外腔镜40；所述反射光栅30位于所述变换透镜20的一倍焦距范围之内，所述激光单元的前腔面和所述外腔镜40均位于所述变换透镜20的前焦平面上，所述反射光栅30位于所述变换透镜20的后焦平面上；在该实施方式中，变换透镜20为旋转对称透镜，具体可以为圆透镜，可以同时对激光光束的光谱合束方向和非光谱合束方向进行变换，使得在光谱合束方向和非光谱合束方向均形成4f***，在两个方向同时实现成像，这也解决了smile效应等导致的难反馈问题。

在该实施方式中，激光单元具体采用包括中心激光单元110以及边缘激光单元的激光单元阵列10，其中，边缘激光单元包括第一激光单元111和第二激光单元112，两个边缘激光单元分别位于所述光轴oz的两侧；所述光谱合束装置以所述反射光栅30的法线的利特罗角为光轴oz，需要说明的是，为了更好的介绍本发明的方案引入了光轴oz，但是光轴oz并不是实际存在的，只是一种类似于坐标轴的用于示意的方向轴。

如图2所示，为本发明一种实施方式的光谱合束装置在光谱合束方向的结构示意图，在该实施方式中，激光单元的后腔面与外腔镜40构成谐振腔，激光单元的前腔面与外腔镜40均位于变换透镜20的前焦平面上，反射光栅30位于变换透镜20的后焦平面上，具***于后焦点上；反射光栅30的刻划线方向与光谱合束方向垂直。

在光谱合束方向x上（即x方向为光谱合束方向），中心激光单元110的输出光束1001与光轴oz重合，边缘激光单元的第一激光单元111和第二激光单元112对称分布在中心激光单元110的两侧，沿着相同方向z输出激光。中心激光单元110的输出光束1001为主光线，输出光束1001经过变换透镜20作用后，以不同的角度入射到反射光栅30，其中，输出光束1001在反射光栅30的入射角度为反射光栅30的利特罗角；并且，中心激光单元110、第一激光单元111和第二激光单元112输出的激光光束均在反射光栅30上发生重合，最后经过反射光栅30沿着相同方向衍射出去，该衍射方向与光轴oz重合，再次入射到变换透镜20上，最后入射到与光轴oz垂直的外腔镜40上。经过外腔镜40的反馈和反射光栅30的色散作用，使每个激光单元谐振到不同的波长，经过外腔镜40输出的光斑和发散角与单元光束保持一致，功率为所有激光单元的功率之和。

如图3所示，为本发明一种实施方式的光谱合束装置在非光谱合束方向的结构示意图，在非光谱合束方向y上，光轴oz与变换透镜20的光轴重合，同时也与反射光栅30的法线重合。与光轴oz间隔为d_y的激光单元阵列10的输出光束1001，经过变换透镜20作用后，以角度θ_y入射到反射光栅30上，反射光栅30在非光谱合束方向上没有色散作用，只能当成反射镜，因此，经过反射光栅30后，以相同夹角θ_y反射，然后反射光入射到变换透镜20，再被变换透镜20准直入射到外腔镜40上，经过外腔镜40输出合束光束1002，合束光束1002与输出光束1001在y方向上发生2d_y的平移，其中，d_y为激光单元的输出光束1001与光轴oz在y方向的间隔，θ_y为输出光束1001入射到反射光栅30时，与光轴oz在y方向的夹角。

在其他的实施方式中，激光单元的前腔面位于所述变换透镜20的一倍焦距范围内，光谱合束装置还包括补偿镜（图中未示出），所述补偿镜与所述变换透镜20组合形成成像镜，将激光单元的前腔面成像到外腔镜40；补偿镜可以为正透镜也可以为负透镜，具体的，补偿镜为旋转对称透镜，具体可以为圆透镜，即补偿镜的外形形状是旋转对称分布的。

具体的实施方式中，所述反射光栅30为一级衍射光栅，反射光栅30的一级衍射效率均大于90%，反射光栅30的光栅高效衍射偏振方向与激光光束的偏振方向匹配。

具体的实施方式中，所述激光单元包括中心激光单元110和边缘激光单元，每个所述激光单元分别输出不同波长的激光光束。所述中心激光单元110输出的激光光束与所述反射光栅30的入射角和衍射角，在所述光谱合束方向上均为利特罗角。所述中心激光单元110输出的激光光束与所述反射光栅30的入射角，在所述非光谱合束方向上的夹角小于10°，以便在对反射光栅30的衍射性能产生最小影响的同时，也不会降低反射光栅30的衍射效率。其他边缘激光单元输出的激光光束的角度接近利特罗角，但是并不等于利特罗角，他们谐振波长λ_i、入射角度θ_i和衍射角度θ_d满足光栅方程如下;

λ_i=Λ（sinθ_i+sinθ_d），其中Λ为光栅常数。

所述激光单元包括激光器件和光学元件，所述光学元件对所述激光器件输出的激光光束进行准直、整形或偏振方向调整中的至少一种，所述激光器件在输出激光光束的端面镀有增透膜；所述激光器件为半导体激光器、光纤激光器或者全固态激光器。

本发明还提供一种光谱合束方法，所述光谱合束方法通过上述的光谱合束装置实现，所述光谱合束方法包括步骤：

S1、在所述光谱合束方向，所述激光单元输出激光光束，所述激光光束经过所述变换透镜20作用，以不同角度入射至所述反射光栅30；所述激光单元输出的激光光束在所述反射光栅30上发生重合，再次入射到所述变换透镜20后，最终入射至所述外腔镜40；

S2、在所述非光谱合束方向上，所述激光单元输出的激光光束，经过所述变换透镜20作用后，以角度θ_y入射到所述反射光栅30上，经过所述反射光栅30以相同夹角θ_y反射后，返回入射至所述变换透镜20，再被所述变换透镜20准直后入射至所述外腔镜40。

如图6所示，为现有技术中的光谱合束装置因封装或者装调可能导致的光轴出现偏离的情况示意图，图中每一个亮点代表一个激光单元，具体的，图中I代表理想状态下的示意图，图中Ⅱ代表smile状态下的示意图，即因为封装或者装调，导致激光单元偏离理想位置，在y方向上呈现高低起伏，看成笑脸形状"smile"。

本发明提出的小角度折叠光谱合束装置及方法，通过光谱合束方向和非光谱合束方向的协作，在光谱合束方向通过利特罗结构衍射，具有高的衍射效率；在非光谱合束方向上折叠光路，并通过成像关系，使得激光单元直接成像到外腔镜上，即使出现如封装smile或者装调导致的指向偏离，也可以通过光路补偿，实现高稳定性外腔反馈；且合束光路与激光单元出射光路在光谱合束方向上重叠，外腔镜处于激光光路的内部，具有高的稳定性和光源紧凑型，可用于对稳定性、可靠性要求高的场合。

以下结合具体对比例和实施例进一步说明。

对比例1

参考文献（B. Chann, R. K. Huang, L. J. Missaggia, et al. Near-diffraction-limited diode laser arrays by wavelength beam combining[J].opticsletters, 2005, 30(16):2104-2106）报道了一种基于反射光栅进行光谱合束的结构，外腔镜40与激光单元阵列10的后腔面构成谐振腔，激光单元阵列10的前腔面和反射光栅30分别位于变换透镜20的前后焦平面上。激光单元经过焦距为f的变换透镜20作用后，以不同角度入射到反射光栅30上，再由反射光栅30衍射，衍射激光光束输出到外腔镜40，只有垂直入射到外腔镜40的光能够返回到原激光单元形成谐振。反射光栅30的入射激光光束和衍射激光光束分离，为了实现高的光栅衍射效率，两者的分离角度小（<10°），且分别接近光栅的利特罗角。经过外腔镜40的反馈和光栅色散作用，使每个激光单元谐振到不同的波长，经过外腔镜40输出的光斑和发散角与单元光束保持一致，功率为所有激光单元的功率之和。具体如图4所述，采用焦距200mm的变换透镜20对100个前腔面增透（R<1%）的915nm激光单元进行光束变换，采用光栅周期为1800线/mm的反射式光栅30进行衍射，然后由10%反射率的外腔镜40进行反馈实现光谱合束，合束后的输出光谱为17nm。从图中可以看出，激光芯片的出光腔面距离光栅的距离至少为400mm。该文献的内容中明确提到“For best efficiency theincidence angle on the grating is limited to several degrees around theLittrow angle”，即反射光栅30的入射角和衍射角均偏离光栅的利特罗角，为了实现好的效率，该角度尽量限制到几度，具体值没有报道，同时从文中可以知道，经过反射光栅30衍射的光传输方向与入射光不重合，在X方向增加物理尺寸，且外腔镜40不包含在光谱合束结构的内部。

实施例1

基于图4所示的原理，采用本发明的光谱合束装置结构，具体参考图1-图3所示的实施方式，采用单片反射光栅30，反射光栅30的光栅线数仍为1800线/mm，在光谱合束方向上，输出光束1001在反射光栅30上的入射角和衍射角均为利特罗角55.44°，可以获得高的光栅衍射效率。变换透镜20的焦距仍采用200mm，在非光谱合束方向上，d_y设定为10mm，入射到反射光栅30时的入射角θ_y为2.86°，经过反射光栅30反射后的反射角也保持2.86°，经过变换透镜20作用后，平行于光轴oz出射，入射到放置在激光单元上端的外腔镜40上，部分反射形成振荡，部分直接输出形成合束光束1002，合束光束1002与激光单元的空间间隔为20mm。整个光谱合束装结构中，在经过反射光栅30前的光路，和经过反射光栅30后的光路，在光谱合束方向上重叠，减小了光谱合束方向的尺寸，而在非光谱合束方向上分离20mm；另外，外腔镜40包含在光路内部，增强了整个光谱合束装置的结构稳定性。

对比例2

参考文献（Jun Zhang, Hangyu Peng, Xihong Fu, et al. CW 50W/M2 = 10.9diode laser source by spectral beam combining based on a transmission grating[J].optics express, 2013, 21(3): 3627-3632）报道了一种基于透射光栅进行光谱合束的结构，外腔镜40与激光单元阵列10的后腔面构成谐振腔，激光单元阵列10的前腔面和透射光栅50分别位于变换透镜20的前后焦平面上。激光单元阵列10输出的激光光束经过焦距f_f和f_s的准直镜70，再经过焦距f_t的变换透镜20作用后，以不同角度入射到透射光栅50上，其中激光单元阵列10的中间位置的激光单元输出的激光光束的入射角度与透射光栅的利特罗角度相同，具体如图中一级衍射方向2001所示，再由透射光栅50衍射，衍射光束与透射光栅的利特罗角度方向重合，衍射光输出到外腔镜40，只有垂直入射到外腔镜40的激光光束能够返回到原激光单元形成谐振。透射光栅50的入射激光光束和衍射激光光束分离，为了实现高的光栅衍射效率，透射光栅50的入射角和衍射角均为光栅的利特罗角（θLittrow），则入射激光光束和衍射激光光束的夹角为180-2*θLittrow，在该文献中中θLittrow为50.6°，则入射激光光束和衍射激光光束的夹角达到78.8°。

具体如图5所示，采用焦距150mm的变换透镜20对19个前腔面增透（R<0.5%）的970nm激光单元进行光束变换，采用光栅周期为1600线/mm的透射光栅50进行衍射，然后由20%反射率的外腔镜40进行反馈实现光谱合束，合束后的输出光谱为24.1nm。从图中可以看出，激光芯片的出光腔面距离透射光栅50的距离至少为300mm。尽管入射激光光束和衍射激光光束与透射光栅50的角度为利特罗角，可以获得高的衍射效率，但是入射激光光束和衍射激光光束的夹角达到78.8°，几乎成直角，导致整个光源结构占用空间大，如外腔镜40距离透射光栅50的距离为100mm，则直接在X方向增大近100mm的尺寸，且外腔镜40完全处于光谱合束结构的远端，不易实现稳定结构。

实施例2

基于图5所示的原理，采用本发明的光谱合束装置结构，采用本发明的光谱合束装置结构，具体参考图1-图3所示的实施方式，采用单片反射光栅30，反射光栅30的光栅线数仍为1600线/mm，在光谱合束方向上，输出光束1001在反射光栅30上的入射角和衍射角均为利特罗角50.60°，获得高的衍射效率。同时通过实施例的光谱合束装置结构，将经过反射光栅30前的光路，和经过反射光栅30后的光路，在光谱合束方向上重叠，只在非光谱合束方向上增加空间。如变换透镜20的焦距f仍采用150mm，在非光谱合束方向上的d_y设定为5mm，则入射到反射光栅30时的入射角θy为1.91°，经过反射光栅30反射后的反射角也保持1.91°，经过变换透镜20作用后，平行于光轴oz出射，入射到放置在激光单元上端的外腔镜40上，部分反射形成振荡，部分直接输出形成合束光束1002，合束光束1002与激光单元的空间间隔为10mm。整个光谱合束装结构中，在经过反射光栅30前的光路，和经过反射光栅30后的光路，在光谱合束方向上重叠，减小光谱合束方向的尺寸，在非光谱合束方向上分离10mm；另外，外腔镜40包含在光路内部，增强了整个光谱合束装置的结构稳定性。同时，激光单元的前腔面与外腔镜40形成成像关系，即使由于封装或者装调导致的的光轴指向出现偏离，如图6中图Ⅱ所示的Smile情形，也可以形成谐振，提高光谱合束光源的谐振能力。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制。本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种光谱合束装置，其特征在于，所述光谱合束装置包括激光单元、变换透镜、反射光栅以及外腔镜；所述激光单元的前腔面和所述外腔镜均位于所述变换透镜的前焦平面上，所述反射光栅位于所述变换透镜的后焦平面上；所述光谱合束装置以所述反射光栅的法线的利特罗角为光轴，所述外腔镜与所述光轴垂直；

所述光谱合束装置的光路包括光谱合束方向和非光谱合束方向；

在所述光谱合束方向，所述激光单元输出激光光束，所述激光光束经过所述变换透镜作用，以不同角度入射至所述反射光栅；所述激光单元输出的激光光束在所述反射光栅上发生重合，再次入射到所述变换透镜后，最终入射至所述外腔镜；

所述激光单元包括中心激光单元和边缘激光单元，每个所述激光单元分别输出不同波长的激光光束；

所述中心激光单元输出的激光光束与所述反射光栅的入射角和衍射角，在所述光谱合束方向上均为利特罗角；

在所述非光谱合束方向上，所述激光单元输出的激光光束，经过所述变换透镜作用后，以角度θ_y入射到所述反射光栅上，经过所述反射光栅以相同夹角θ_y反射后，返回入射至所述变换透镜，再被所述变换透镜准直后入射至所述外腔镜。

2.如权利要求1所述的光谱合束装置，其特征在于，所述变换透镜为旋转对称透镜。

3.如权利要求1所述的光谱合束装置，其特征在于，所述光谱合束装置还包括补偿镜，所述补偿镜与所述变换透镜组合形成成像镜，将所述激光单元的前腔面成像到所述外腔镜。

4.如权利要求3所述的光谱合束装置，其特征在于，所述补偿镜为旋转对称透镜。

5.如权利要求1所述的光谱合束装置，其特征在于，所述中心激光单元输出的激光光束与所述反射光栅的入射角，在所述非光谱合束方向上的夹角小于10°。

6.如权利要求1所述的光谱合束装置，其特征在于，所述激光单元包括激光器件和光学元件，所述光学元件对所述激光器件输出的激光光束进行准直、整形或偏振方向调整中的至少一种，所述激光器件在输出激光光束的端面镀有增透膜；所述激光器件为半导体激光器、光纤激光器或者全固态激光器。

7.如权利要求1所述的光谱合束装置，其特征在于，所述反射光栅为一级衍射光栅，所述反射光栅一级衍射效率大于90%，所述反射光栅的衍射偏振方向与所述激光光束的偏振方向匹配。

8.一种光谱合束方法，其特征在于，所述光谱合束方法通过权利要求1～7任意一项所述的光谱合束装置实现，所述光谱合束方法包括步骤：

S1、在所述光谱合束方向，所述激光单元输出激光光束，所述激光光束经过所述变换透镜作用，以不同角度入射至所述反射光栅；所述激光单元输出的激光光束在所述反射光栅上发生重合，再次入射到所述变换透镜后，最终入射至所述外腔镜；

S2、在所述非光谱合束方向上，所述激光单元输出的激光光束，经过所述变换透镜作用后，以角度θ_y入射到所述反射光栅上，经过所述反射光栅以相同夹角θ_y反射后，返回入射至所述变换透镜，再被所述变换透镜准直后入射至所述外腔镜。

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