一种基于圆形光栅实现多路同频激光合束的方法与装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于圆形光栅实现多路同频激光合束的方法，该方法为：各激光单元发射的各单元光束经过整形后以相同的立体角入射到圆形光栅的中心位置处，各单元光束轴心与圆形光栅中心重合，圆形光栅将各单元光束进行同轴合束，合束后的单元光束经过耦合镜后输出，实现多路同频激光同轴合束；本发明专利技术还公开了一种基于圆形光栅实现多路同频激光合束的装置，包括若干个在同一立体角分布的激光单元、圆形光栅和耦合镜；本发明专利技术提供的一种基于圆形光栅实现多路同频激光合束的方法与装置，可以实现多路同频单元激光同轴合束，可以应用于对激光要求功率高且线宽必须窄的领域；在输出功率大幅提高的同时确保良好的整体合束质量。

A method and device of multi-channel laser beam combining based on circular grating

The invention discloses a method for realizing multi-channel laser beam combining with the same frequency based on a circular grating. The method is as follows: each unit beam emitted by each laser unit is shaped and incident to the center position of the circular grating with the same solid angle, the axis of each unit beam coincides with the center of the circular grating, the circular grating carries out coaxial beam combining for each unit beam, and the unit beam after beam combining passes through The invention also discloses a device for realizing multi-channel co frequency laser beam combining based on a circular grating, including a number of laser units, circular gratings and coupling mirrors distributed at the same solid angle; the invention provides a method and device for realizing multi-channel co frequency laser beam combining based on a circular grating, which can realize multi-channel co frequency laser beam combining Unit laser coaxial beam combining can be used in the field of high laser power and narrow linewidth, which can greatly improve the output power and ensure good overall beam combining quality.

【技术实现步骤摘要】
一种基于圆形光栅实现多路同频激光合束的方法与装置
本专利技术涉及一种通过功率合成提高激光功率的方法与装置，具体的说，涉及一种基于圆形光栅实现多路同频激光合束的方法与装置，属于半导体激光或其它激光

技术介绍
半导体激光器是近五十年来发展快、成果多、科学渗透广的一种电光转换器件，并以其转换效率高、寿命长、体积小、重量轻、可靠性高、能直接调制及易与其他器件集成等特点，广泛应用于光通信、光存储和激光打印等信息领域。尤其是在美国SHEDS、ADHEL和德国BRIOLAS等项目支持下，芯片结构、外延生长和器件封装等技术均获得显著提高，半导体激光单元器件性能实现了重大突破，这使得半导体激光器在医疗、工业和国防领域的应用更加广泛。但是，半导体激光器单元输出功率小、光束质量差等缺点也随之凸显。因此，如何获得高功率和高光束质量的半导体激光输出已经成为国际上亟待解决的重大科学与技术问题。美、德等发达国家已经该问题列入国家重大科技攻关计划。目前，光谱合束技术被认为是一种提高半导体激光器输出功率和光束质量的有效途径。在实现方法上，光谱合束分为腔外合束与腔内合束两种结构，二者的主要区别是各个单元波长的锁定方式不同；如图1腔外合束结构示意图所示，各个单元激光的波长在合束前已经被锁定在不同的波长上，然后不同波长的光束以不同的角度入射到光栅上，以相同的衍射角度出射，从而对各个单元光束实现同轴合束，衍射光栅设在激光腔外；如图2腔内合束结构示意图所示，衍射光栅在激光腔内，各个激光单元共用一块具有一定反射率的输出耦合镜，在输出耦合镜与光栅的共同作用下，各个单元激光锁定在不同的波长上。比较以上两种光谱合束结构可知，与腔外合束结构相比，腔内合束结构中的每一个单元光束波长与入射角度在输出耦合镜的反馈作用下自适应匹配，合束质量更稳定。因此，目前光谱合束研究多采用腔内合束方案。另外，值得注意的是在目前普遍采用的光谱合束方案中，单元激光的频率互不相等，合束后激光功率得到提高但它是一束多频光束。也就是说上述方案无法实现同频单元激光合束，这在要求激光功率高且线宽必须窄的领域难以应用。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是针对以上不足，提供一种基于圆形光栅实现多路同频激光合束的方法与装置，可以实现多路同频单元激光同轴合束，可以应用于对激光要求功率高且线宽必须窄的领域；在输出功率大幅提高的同时确保良好的整体合束质量。为解决以上技术问题，本专利技术采用以下技术方案：一种基于圆形光栅实现多路同频激光合束的方法，该方法为：各激光单元发射的各单元光束经过整形后以相同的立体角入射到圆形光栅的中心位置处，各单元光束轴心与圆形光栅中心重合，圆形光栅将各单元光束进行同轴合束，合束后的单元光束经过耦合镜后输出，实现多路同频激光合束。一种基于圆形光栅实现多路同频激光合束的装置，包括若干个在同一立体角分布的激光单元、圆形光栅和耦合镜；激光单元发射的单元光束依次经过圆形光栅、耦合镜后输出。进一步地，所述激光单元所在的平面与圆形光栅的入射面平行设置，各激光单元发射出的各单元光束以相同的立体角入射到圆形光栅的中心位置处，各单元光束轴心与圆形光栅中心重合。进一步地，所述激光单元发射的单元光束需整形为薄而宽的线状光束，并非圆形或方形光束；单元光束宽的方向沿圆形光栅刻线的径向。进一步地，所述圆形光栅上的刻线为等间距的同心圆环，圆形光栅将激光单元发射的单元光束实现同轴合束。进一步地，所述耦合镜安装在合束后单元光束的出射光路上，对合束后的单元光束部分反射，将单元光束的激光波长锁定在固定值内。本专利技术采用以上技术方案后，与现有技术相比，具有以下优点：本专利技术提供的一种基于圆形光栅实现多路同频激光合束的方法，可以实现多路同频单元激光同轴合束，可以应用于对激光要求功率高且线宽必须窄的领域；合束后输出的单元光束激光波长锁定在固定值内，在输出功率大幅提高的同时保证了良好的整体合束质量。下面结合附图和实施例对本专利技术进行详细说明。附图说明图1是现有技术中腔外合束的结构示意图；图2是现有技术中腔内合束的结构示意图；图3是本专利技术的结构示意图；图4是本专利技术中单元光束与光栅的示意图；图中，1-第一激光单元，11-第一单元光束；2-第二激光单元，12-第二单元光束；3-第三激光单元，13-第三单元光束；4-第四激光单元，14-第四单元光束；5-圆形光栅，6-耦合镜。具体实施方式为了对本专利技术的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本专利技术的具体实施方式。实施例1一种基于圆形光栅实现多路同频激光合束的方法如图3和图4共同所示，本专利技术提供一种基于圆形光栅实现多路同频激光合束的方法，该方法为：各激光单元发射的各单元光束经过整形后以相同的立体角入射到圆形光栅5的中心位置处，各单元光束轴心与圆形光栅5中心重合，圆形光栅5将各单元光束进行同轴合束，合束后的单元光束经过耦合镜6后输出，输出的单元光束的激光波长锁定在固定值内，以提高整体合束质量。各激光单元发射的各单元光束需整形为薄而宽的线状光束，并非圆形或方形光束；光束宽的方向沿圆形光栅5刻线的径向，如图4所示。圆形光栅5能够实现合束后所有单元光束的光轴是重合的，即能够实现同轴合束，其理论依据如下：如图3和图4共同所示，第一激光单元1和第三激光单元3发射出的第一单元光束11和第三单元光束13对称入射到圆形光栅5表面，在圆形光栅5的入射面上第一单元光束11与经过圆形光栅5中心的法线之间的夹角为θ，在圆形光栅5出射面第一单元光束11的衍射角度为0，即第一单元光束11的衍射光是垂直于光栅面的，显然，第一激光单元1必须满足非0级衍射，假设其属于1级衍射，则满足光栅方程dsinθ＝λ，其中d为光栅周期，λ为激光波长；与第一单元光束11对称入射的第三单元光束13，入射角为-θ，属于-1级衍射，则满足光栅方程dsin（-θ）＝-λ；类比第一单元光束11和第三单元光束13，第二激光单元2和第四激光单元4发射出的第二单元光束12和第四单元光束14也符合上述光栅方程，可见，设计的圆形光栅5满足光栅方程。如果单独研究每一个激光单元，则每一束单元激光的光栅方程可统一描述为dsinθ＝λ；本实施例给出的是一种基于圆形光栅实现4束相同单元激光合束的方案，如果要提高合束后激光总功率，只需在同一立体角上增加单元激光数量即可。实施例2一种基于圆形光栅实现多路同频激光合束的装置本专利技术提供一种基于圆形光栅实现多路同频激光合束的装置，包括若干个在同一立体角分布的激光单元、圆形光栅5和耦合镜6，激光单元发射的单元光束依次经过圆形光栅5、耦合镜6后输出。所述激光单元所在的平面与圆形光栅5的入射面平行设置，各激光单元发射出的各单元光束以相同的立体角入射到圆形光栅5的中心位置处，各单元光束轴心与圆形光栅5中心重合。所述激光单元发射的各单元光束在入射到圆本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于圆形光栅实现多路同频激光合束的方法，其特征在于，该方法为：各激光单元发射的各单元光束经过整形后以相同的立体角入射到圆形光栅（5）的中心位置处，各单元光束轴心与圆形光栅（5）中心重合，圆形光栅（5）将各单元光束进行同轴合束，合束后的单元光束经过耦合镜（6）后输出，实现多路同频激光合束。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于圆形光栅实现多路同频激光合束的方法，其特征在于，该方法为：各激光单元发射的各单元光束经过整形后以相同的立体角入射到圆形光栅（5）的中心位置处，各单元光束轴心与圆形光栅（5）中心重合，圆形光栅（5）将各单元光束进行同轴合束，合束后的单元光束经过耦合镜（6）后输出，实现多路同频激光合束。


2.一种基于圆形光栅实现多路同频激光合束的装置，其特征在于：包括若干个在同一立体角分布的激光单元、圆形光栅（5）和耦合镜（6）；激光单元发射的单元光束依次经过圆形光栅（5）、耦合镜（6）后输出。


3.如权利要求2所述的一种基于圆形光栅实现多路同频激光合束的装置，其特征在于：所述激光单元所在的平面与圆形光栅（5）的入射面平行设置，各激光单元发射出的各单元光束以相同的立...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊心民，李森森，张建心，孙永志，黄小东，王春艳，
申请(专利权)人：潍坊学院，
类型：发明
国别省市：山东;37