基于光谱合束波长自适应反馈控制系统技术方案

一种基于光谱合束波长自适应反馈控制系统，包括：N个不同波长的种子源、N个光纤放大器阵列、N个光纤端帽、聚焦系统、合束用衍射光栅、采样反射镜、平面反射镜、第一色散用衍射光栅、第二色散用衍射光栅、成像透镜、线阵CMOS图像传感器和数据处理系统。本发明专利技术的双光栅系统通过双光栅实施合束光的逆色散，实现实时波长高精度探测和在线波长自适应反馈，使波长工作在系统设计波长，解决由于波长漂移造成的指向抖动和光束质量下降问题，实现高亮度输出。实现高亮度输出。实现高亮度输出。

【技术实现步骤摘要】
基于光谱合束波长自适应反馈控制系统


[0001]本专利技术主要涉及到光纤激光
，特别是一种基于光谱合束波长自适应反馈控制系统。

技术介绍

[0002]光纤激光因具有效率高、光束质量好、热管理方便等优点，在工业加工、国防、科学研究等领域具有广泛应用前景。随着技术发展需要更高功率和高光束质量的激光束，但因光学损伤、热效应、非线性效应等因素影响，单根光纤的输出功率受限，基于光纤激光的光谱合束技术可实现高光束质量的共孔径光束输出，具有很大的应用潜力。
[0003]目前常用的光谱合束方式是将不同波长的子光束，通过反射镜以合适的角度入射到衍射光栅上，从而以相同的角度出射，实现多路激光的高功率共孔径输出。光谱合束系统实现高光束质量输出，需要每个激光束波长是稳定的，并且不随时间漂移，使所有衍射光束的衍射角相同。然而实际系统在运转过程中，种子光由于环境扰动等问题存在波长漂移；光谱合束系统的光纤端帽、反射镜等关键元件受环境机械振动、热致畸变等影响也会产生微小形变，这些因素都会导致子光束指向偏移，进而导致合束光的输出光束质量和指向稳定性下降。通过对子光束波长的自适应反馈控制，可以对子光束通过合束用衍射光栅衍射后的输出光束指向进行补偿。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对现有的光纤激光合束系统所存在的由于种子波长漂移、环境扰动导致的合束光束质量退化和指向抖动问题，提出一种基于光谱合束波长自适应反馈控制系统，该系统通过双光栅色散系统对合束光束的波长进行解构、探测和反馈控制，实现高质量的合束光束输出。
>[0005]本专利技术的技术解决方案如下：
[0006]一种基于光谱合束波长自适应反馈控制系统，其特点在于包括：N个不同波长的种子源、N个光纤放大器、N个光纤端帽、聚焦系统、合束用衍射光栅、采样反射镜、平面反射镜、第一色散用衍射光栅、第二色散用衍射光栅、成像透镜、线阵CMOS图像传感器、数据处理系统。上述元件的位置关系如下：所述的种子源、光纤放大器和光纤端帽依次串联并按波长排列成N行一列的高功率光纤放大器阵列，共同经过聚焦系统后以不同角度会聚到合束用衍射光栅上，合束形成的共孔径激光经所述的采样反射镜分为透射和反射输出，一定比例弱的采样光45
°
反射输出；
[0007]所述的反射采样光经过所述的平面反射镜45
°
反射，进入由第一色散用衍射光栅和第二色散用衍射光栅组成的双光栅系统，平行输出N个子光束，经所述的成像透镜会聚后，进入所述的线阵CMOS图像传感器输入所述的数据处理系统，所述的数据处理系统通过漂移后各波长的位置列表与设计波长的位置列表的比较，定位产生漂移Δλ的种子源，所述的数据处理系统为相应种子源的波长赋值
‑
Δλ，实现在线反馈调节，使波长出现漂移的子
光束的波长得到修正，合束光共孔径输出，其中，N为3以上的正整数。
[0008]所述的不同波长的种子源的波长范围在1040nm
‑
1090nm，线宽为数十GHz。
[0009]所述的合束用衍射光栅、第一色散用衍射光栅和第二色散用衍射光栅均为偏振非相关的多层电介质反射式衍射光栅，所述的合束用衍射光栅、第一色散用衍射光栅和第二色散用衍射光栅的刻线密度为每毫米960刻线，且所述的第一色散用衍射光栅和第二色散用衍射光栅平行放置。
[0010]所述聚焦系统可由具体实施例选择透射式或反射式，共轴或离轴系统，工作波长覆盖合束波段。
[0011]所述的采样平面镜的前表面镀有对激光透射率99.9％的高透射率膜，后表面镀有增透膜，平面反射镜前表面镀有对激光反射率大于99.9％的高反射率膜，后表面镀有增透膜，2块平面镜的工作波长范围覆盖合束波段。
[0012]与现有技术相比，本专利技术的优点在于：
[0013]本专利技术基于光谱合束波长自适应反馈控制系统，合束光通过双光栅色散到线阵CMOS图像传感器上，经过数据处理系统来判断初始波长位置和合束波长位置差，并利用位置差来控制所有种子光的波长，可实现实时波长调谐，本专利技术的双光栅系统通过双光栅实施合束光的逆色散，实现实时波长高精度探测和在线波长自适应反馈，使波长工作在系统设计波长，解决由于波长漂移造成的指向抖动和光束质量下降问题，实现高亮度输出。
附图说明
[0014]图1为本专利技术基于光谱合束波长自适应反馈控制系统的示意图。
具体实施方式
[0015]下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步的详细说明，实施例仅用于解释本专利技术，不应以此限制本专利技术的保护范围。
[0016]先请参阅图1，图1为本专利技术基于光谱合束波长自适应反馈控制系统的原理示意图，由图可见，本专利技术基于光谱合束波长自适应反馈控制系统，包括N个不同波长的种子源101、N个光纤放大器102、N个光纤端帽103、聚焦系统104、合束用衍射光栅105、采样反射镜106、平面反射镜107、第一色散用衍射光栅108、第二色散用衍射光栅109、成像透镜110、线阵CMOS图像传感器111、数据处理系统112。所述的N个不同波长的种子源101经过N个光纤放大器102和N个光纤端帽103后，通过聚焦系统104以不同角度会聚到合束用衍射光栅105上，合束形成的共孔径激光经所述的采样反射镜106分为透射和反射输出，主要功率透射输出，一定比例弱的采样光45
°
反射输出；
[0017]所述的反射采样光经过所述的平面反射镜45
°
反射，进入由第一色散用衍射光栅和第二色散用衍射光栅组成的双光栅系统，平行输出N个子光束，经所述的成像透镜会聚后，进入所述的线阵CMOS图像传感器输入所述的数据处理系统，所述的数据处理系统通过漂移后各波长的位置列表与设计波长的位置列表的比较，定位产生漂移Δλ的种子源，所述的数据处理系统为相应种子源的波长赋值
‑
Δλ，实现在线反馈调节，使波长出现漂移的子光束的波长得到修正，合束光共孔径输出，其中，N为3以上的正整数。
[0018]实施例
[0019]下面以四路光纤放大器合束的实例进行说明，四路种子源1波长分别为1060nm、1068nm、1072nm、1080nm，首先将合束用衍射光栅105以1070nm波长激光的Littrow角摆放，根据光栅方程2dsinθ＝mλ，可以得出对于1070nm波长，线密度为960线/毫米的衍射光栅，其入射角为30.9
°
。子光束经过光纤端帽103整形后，发散角为0.001NA(1mrad)，聚焦系统104的焦距为10米，则合束光束的直径为20mm。第一色散用衍射光栅108和第二色散用衍射光栅109也以30.9
°
平行放置，间距为L。间距L满足公式平行放置，间距为L。间距L满足公式假设x＝5mm，λ
n
＝1072nm，λ
n+1
＝1068nm，α＝30.9
°
，cos2(β
n+1
)＝0.738，则L＝1.120m。
[0020]所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于光谱合束波长自适应反馈控制系统，包括：N个不同波长的种子源(101)、N个光纤放大器(102)、N个光纤端帽(103)、聚焦系统(104)、合束用衍射光栅(105)、采样反射镜(106)、平面反射镜(107)、其特征在于，还包括第一色散用衍射光栅(108)、第二色散用衍射光栅(109)、成像透镜(110)、线阵CMOS图像传感器(111)和数据处理系统(112)；所述的种子源(101)、光纤放大器(102)和光纤端帽(103)依次串联并按波长排列成N行一列的高功率光纤放大器阵列，共同经过所述的聚焦系统(104)后以不同角度会聚到合束用衍射光栅(105)上，合束形成的共孔径激光经所述的采样反射镜(106)分为透射输出和反射输出：主要光功率透射输出，一定比例弱的采样光45
°
反射输出；所述的反射采样光经过所述的平面反射镜(107)45
°
反射，进入由第一色散用衍射光栅(108)和第二色散用衍射光栅(109)组成的双光栅系统，平行输出N个子光束，经所述的成像透镜(110)会聚后，进入所述的线阵CMOS图像传感器(111)输入所述的数据处理系统(112)，所述的数据处理系统(112)通过漂移后各波长的位置列表与设计波长的位置列表的比较，定位产生漂移Δλ的种子源，所述的数据处理系统(112)为相应种子源(101)的波长赋值
‑
Δλ，实现在线反馈调节，使波长出现漂移的子光束的波长得到修正，合束光共孔径输出，其中，N为3以上的正整数。2.根据权利要求1所述的基于光谱合束波长自适应反馈控制系统，其特征在于，所述的第一色散用衍射光栅(108)和第二色散用衍射光栅(109)的间距L满足如下...

【专利技术属性】
技术研发人员：周军，童健旭，何兵，杨依枫，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：