二维阵列光谱合成装置及其合成方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种二维阵列光谱合成装置及其合成方法。该合成装置包括沿光束传输方向依次设置的二维光束阵列、转换光学装置、第一色散元件、中继光学系统以及第二色散元件；基于该合成装置，通过设计二维光束阵列中各激光源的波长与排列间隔，使二维光束阵列输出的二维阵列光束经转换光学装置入射至第一色散元件，将二维阵列光束变换成同一平面内不同出射角度的扇形子光束；再利用中继光学系统用于将所述扇形子光束以不同角度入射至所述第二色散元件，经所述第二色散元件作用合成一束激光输出，实现二维阵列光束的合成。通过上述方式，本发明专利技术能够提高光谱合成装置可合成的子光束数量，以实现激光功率的提升，同时提高光学元件的使用效率。件的使用效率。件的使用效率。

【技术实现步骤摘要】
二维阵列光谱合成装置及其合成方法


[0001]本专利技术涉及激光光束合成
，尤其涉及一种二维阵列光谱合成装置及其合成方法。

技术介绍

[0002]随着激光技术的高速发展，激光技术在工业制造、国防安全等领域得到了越来越广泛的应用，随之而来的是激光系统的功率与亮度渐渐无法满足相关应用需求，迫切需要进一步提升激光系统的输出功率。然而，激光功率能量提升一方面受热效应、非线性效应等限制，另一方面，功率提升过程中往往带来光束质量的劣化，使得提升单路激光功率输出面临极大的技术挑战。因此，光谱合成技术成为进一步提升激光系统输出功率的有效技术途径。
[0003]光谱合成技术主要利用色散光学元件的色散能力，通过衍射效应将多个不同中心波长、以不同角度入射的激光束以相同角度出射的方式实现共口径合束输出，能在提升输出功率的同时保持良好光束质量水平。目前，常见的光谱合成系统基本上均是对一维光束阵列进行光束合成，被合成的一维光束阵列是按一个方向排列成一个线阵，合成激光的路数越多，在排列方向的尺寸就越大，导致其对应的光学元件在该方向的尺寸也随之增大，加工难度大幅提升。同时，由于是一维阵列，光学元件在非排列方向的区域没有被利用，光学元件面积利用效率低。
[0004]针对现有的一维光束阵列光束合成方法的不足，有必要设计一种二维阵列光谱的合成装置及其合成方法，以解决上述问题。

技术实现思路

[0005]针对上述现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种二维阵列光谱合成装置及其合成方法，利用两块色散元件，将二维阵列光束合成一束光束输出，实现激光功率的提升。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了一种二维阵列光谱合成装置，包括沿光束传输方向依次设置的二维光束阵列、转换光学装置、第一色散元件、中继光学系统以及第二色散元件；所述二维光束阵列输出的二维阵列光束经所述转换光学装置准直后入射至所述第一色散元件，将所述二维阵列光束变换成同一平面内不同出射角度的扇形子光束；所述中继光学系统用于将所述扇形子光束以不同角度入射至所述第二色散元件，经所述第二色散元件作用合成一束激光输出。
[0007]作为本专利技术的进一步改进，所述二维光束阵列包括若干个按照预设的行路数和列路数均匀排列的激光源，所述激光源发出的子束的波长与所述子束进入所述第一色散元件的入射角基于锥面衍射效应确定，所述激光源之间的排列间隔根据所述子束进入所述第一色散元件的入射角确定。
[0008]作为本专利技术的进一步改进，基于所述锥面衍射效应的计算公式为：
θ
j
=arcsin{[sin2θsin2φ+(sinθcosφ+jλ/Λ)2]1/2
/n
l
}φ
j
=arctan[sinθsinφ/(sinθcosφ+jλ/Λ)]上式中，θ为子束在第一色散元件上的入射极角，φ为子束在第一色散元件上的入射方位角，j为衍射级次，θ
j
为子束在第一色散元件上的出射极角，φ
j
为在第一色散元件上的出射方位角，λ为子束的波长，Λ为第一色散元件的周期；n
l
为第一色散元件的折射率。
[0009]作为本专利技术的进一步改进，所述中继光学系统为4F光学系统。
[0010]作为本专利技术的进一步改进，所述第一色散元件和所述第二色散元件分别位于所述中继光学系统的两个焦点位置处。
[0011]作为本专利技术的进一步改进，所述第一色散元件和所述第二色散元件的色散作用方向存在夹角，所述夹角为不大于90
°
。
[0012]作为本专利技术的进一步改进，所述第一色散元件和所述第二色散元件为反射式色散元件或透射式色散元件。
[0013]作为本专利技术的进一步改进，所述激光源为固体激光器、光纤激光器、气体激光器、半导体激光器中的一种，所述激光源输出的光束的波段为紫外光波段、可见光波段、红外波段中的一种。
[0014]作为本专利技术的进一步改进，所述转换光学装置包括透视镜、反射镜中的一种或两种组合。
[0015]为实现上述目的，本专利技术还提供了一种二维阵列光谱合成方法，包括如下步骤：S1、基于锥面衍射效应设计二维光束阵列中各激光源的子束波长与排列间隔；使所述二维光束阵列输出的二维阵列光束经过转换光学装置入射在第一色散元件上，受所述第一色散元件的锥面衍射作用，将所述二维阵列光束变换成同一平面内不同出射角度的扇形子光束；S2、将所述不同出射角度的扇形子光束入射至中继光学系统，经所述中继光学系统作用后，再以不同角度入射至第二色散元件上，不同扇形子光束在所述第二色散元件的入射角度间隔与所述第一色散元件的出射角度间隔一致，使入射至所述第二色散元件的子光束经所述第二色散元件作用合成一束激光输出。
[0016]本专利技术的有益效果是：1、本专利技术提供的二维阵列光谱合成装置及其合成方法，通过沿光束传输方向依次设置二维光束阵列、转换光学装置、第一色散元件、中继光学系统以及第二色散元件，能够使二维光束阵列输出的二维阵列光束经转换光学装置准直后入射至所述第一色散元件，将所述二维阵列光束变换成同一平面内不同出射角度的扇形子光束；再利用中继光学系统将扇形子光束以不同角度入射至第二色散元件，不同扇形子光束在第二色散元件的入射角度间隔与第一色散元件的出射角度间隔一致，使入射至第二色散元件的子光束经第二色散元件作用合成一束激光输出，从而实现二维阵列光束的合成。
[0017]2、基于本专利技术提供的二维阵列光谱合成装置及其合成方法，能够将传统的一维光束阵列拓展至二维阵列，提高了光谱合成装置可合成的子光束数量，进而有效提升了光谱合成装置的功率扩展潜力，以实现激光功率的提升。同时，本专利技术将一维光束阵列拓展至二维阵列的方式，还有效提升了光学元件的使用效率，可有效减小光谱合成装置体积，提升光谱合成装置的紧凑性。并且，本专利技术提供的二维阵列光谱合成装置结构简单，合成方法也简
便可控，通过预先对二维光束阵列中各激光源的波长与排列间隔进行设计，能够以简单的装置简便高效地实现对二维阵列光束的合成，具有较高的实际应用价值。
附图说明
[0018]图1为本专利技术提供的二维阵列光谱合成装置在一个视角下的结构示意图。
[0019]图2为本专利技术提供的二维阵列光谱合成装置在另一个视角下的结构示意图。
[0020]图3为本专利技术的一个实施例提供的二维阵列光谱合成装置中二维光束阵列的排列示意图。
[0021]图4为本专利技术的另一个实施例提供的二维阵列光谱合成装置中二维光束阵列的排列示意图。
[0022]附图标记1、二维光束阵列；2、转换光学装置；3、第一色散元件；4、中继光学系统；5、第二色散元件。
具体实施方式
[0023]为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细描述。
[0024]在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本专利技术，在附图中仅仅示出了与本专利技术的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二维阵列光谱合成装置，其特征在于：包括沿光束传输方向依次设置的二维光束阵列、转换光学装置、第一色散元件、中继光学系统以及第二色散元件；所述二维光束阵列输出的二维阵列光束经所述转换光学装置准直后入射至所述第一色散元件，将所述二维阵列光束变换成同一平面内不同出射角度的扇形子光束；所述中继光学系统用于将所述扇形子光束以不同角度入射至所述第二色散元件，经所述第二色散元件作用合成一束激光输出。2.根据权利要求1所述的二维阵列光谱合成装置，其特征在于：所述二维光束阵列包括若干个按照预设的行路数和列路数均匀排列的激光源，所述激光源发出的子束的波长与所述子束进入所述第一色散元件的入射角基于锥面衍射效应确定，所述激光源之间的排列间隔根据所述子束进入所述第一色散元件的入射角确定。3.根据权利要求2所述的二维阵列光谱合成装置，其特征在于：基于所述锥面衍射效应的计算公式为：θ
j
=arcsin{[sin2θsin2φ+(sinθcosφ+jλ/Λ)2]
1/2
/n
l
}φ
j
=arctan[sinθsinφ/(sinθcosφ+jλ/Λ)]上式中，θ为子束在第一色散元件上的入射极角，φ为子束在第一色散元件上的入射方位角，j为衍射级次，θ
j
为子束在第一色散元件上的出射极角，φ
j
为在第一色散元件上的出射方位角，λ为子束的波长，Λ为第一色散元件的周期；n
l
为第一色散元件的折射率。4.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：李强，梁传样，武春风，王玉雷，姜永亮，胡黎明，吕亮，胡金萌，王旭，
申请(专利权)人：中国航天三江集团有限公司，
类型：发明
国别省市：