專利名稱：基于波分復(fù)用的光纖激光合成裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖激光技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于波分復(fù)用的光纖激光合成裝置。
背景技術(shù)：
高能量高功率的光纖激光器和光纖放大器以其光束質(zhì)量好、效率高、壽命長、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點，在工業(yè)加工、醫(yī)療衛(wèi)生、國防軍事等有著廣泛的應(yīng)用前景。隨著應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展，對光纖激光的功率提出了更高的要求。為了實現(xiàn)對光纖激光器的功率擴(kuò)展，除了可以通過設(shè)計更好的激光器內(nèi)部結(jié)構(gòu)，還可通過對多路光纖激光的合成來實現(xiàn)。目前常用的光纖激光合成的技術(shù)主要分為相干合成和非相干合成。相干合成是將多個波長相同的激光相位鎖定后在遠(yuǎn)場疊加，該方式對激光參數(shù)的要求較為苛刻，光束質(zhì)量較差，易受干擾。非相干合成包括光譜合成、自適應(yīng)光學(xué)器件合成，其中，自適應(yīng)光學(xué)器件合成將光斑聚焦到同一點后直接疊加，該方式所獲得的光束質(zhì)量較差，且光學(xué)系統(tǒng)復(fù)雜。光譜合成即利用波分復(fù)用的原理進(jìn)行合成，利用干涉濾光片或光柵等器件將多個不同波長的激光進(jìn)行合成，但光柵的制作成本較高，可合成的路數(shù)有限。此外，還有通過自由空間的干涉濾光片的級聯(lián)來實現(xiàn)多路光纖激光器的合束的可擴(kuò)展性較好，但傳統(tǒng)級聯(lián)的方法隨著合成路數(shù)的增多，前幾路激光在濾光片上的反射次數(shù)較多，反射損耗較大。由于單路光的反射次數(shù)增多，使得總的合成效率降低，合成后的激光功率損耗較多。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在至少解決上述的技術(shù)缺陷之一。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明一方面的實施例提出一種基于波分復(fù)用的光纖激光合成裝置，包括多個不同透射波段的濾光片，用于透射特定波段的激光；多個反射鏡，用于改變合成激光的方向，其中，所述多個不同透射波段的濾光片反射或透射多個不同波段的激光合成多個初級合成模塊，并生成初級合成光，兩個所述初級合成模塊合成一個高級合成模塊，并生成的高級合成光作為更高一級的子合成光與其他波段的高級合成光進(jìn)一步合成。根據(jù)本發(fā)明實施例的基于波分復(fù)用的光纖激光合成裝置，通過不同透射波段的濾光片對特定波段的激光進(jìn)行透射，而其余的激光進(jìn)行反射，有效的減少了反射次數(shù)，降低了反射損耗，從而提高了在同等條件下合成激光的功率。在本發(fā)明的一個實施例中，所述濾光片與光路成、所述反射鏡與光路成適當(dāng)夾角，使合成的各路激光的光路從最后一個濾光片出射時能重合。在本發(fā)明的一個實施例中，所述的初級濾光片可為窄帶干涉濾光片、長波通濾光片、短波通濾光片。在本發(fā)明的一個實施例中，所述的高級濾光片為帶通干涉濾光片、長波通濾光片或短波通濾光片。
在本發(fā)明的一個實施例中，所述初級合成模塊包括初級濾光片，高級合成模塊包括高級濾光片，其中，所述高級濾光片的透射波段應(yīng)包括一路子合成光的所有波段，不包括另一路子合成光的所有波段。 在本發(fā)明的一個實施例中，所述初級合成模塊包括初級濾光片，高級合成模塊包括高級濾光片，其中，所述濾光片根據(jù)初級濾光片的排列對適當(dāng)?shù)慕M合后的初級子合成光進(jìn)行合束。在本發(fā)明的一個實施例中，所述的濾光片為耐高功率高能量激光的濾光片。在本發(fā)明的一個實施例中，所述的反射鏡對所要合成的波段的光纖激光有較高的反射率。在本發(fā)明的一個實施例中，所述的光纖激光由高功率摻鐿光纖激光器產(chǎn)生，波段在 IOOOnm 到 1200nm 之間。本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。


本發(fā)明上述的和/或附加的方面和優(yōu)點從下面結(jié)合附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中圖1為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的基于波分復(fù)用的光纖激光合成裝置的示意圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的基于波分復(fù)用的光纖激光合成裝置的具體示例圖。圖2中，I是高級合成模塊，11是初級合成模塊，111是波長為1040nm的光纖激光，112是波長為1045nm的光纖激光，113是波長為1050nm的光纖激光，114是透射中心波長為1045nm的窄帶干涉濾光片，115是透射中心波長為1050nm的窄帶干涉濾光片，12是初級合成模塊，121是波長為1055nm的光纖激光，122是波長為1060nm的光纖激光，123是波長為1065nm的光纖激光，124是透射中心波長為1060nm的窄帶干涉濾光片，125是透射中心波長為1065nm的窄帶干涉濾光片，13是透射波段為1040nnTl065nm的帶通濾光片，2是高級合成模塊，21是初級合成模塊，211是波長為1070nm的光纖激光，212是波長為1075nm的光纖激光，213是波長為1080nm的光纖激光，214是透射中心波長為1075nm的窄帶干涉濾光片，215是透射中心波長為1080nm的窄帶干涉濾光片，22是初級合成模塊，221是波長為1085nm的光纖激光，222是波長為1090nm的光纖激光，223是波長為1095nm的光纖激光，224是透射中心波長為1090nm的窄帶干涉濾光片，225是透射中心波長為1095nm的窄帶干涉濾光片，23是透射波段為1070nnTl095nm的帶通濾光片，3是透射波長為104(Tl095nm的帶通濾光片，4和5是反射鏡。圖3為根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的基于波分復(fù)用的光纖激光合成裝置的示例圖。圖3中，4和5是反射鏡，6是高級合成模塊，61是初級合成模塊，611是波長為1040nm的光纖激光，612是波長為1045nm的光纖激光，613是波長為1050nm的光纖激光，614是透射截止波長為1045nm的長波通濾光片,615是透射截止波長為1050nm的長波通濾光片,62初級合成模塊，621是波長為1055nm的光纖激光，622是波長為1060nm的光纖激光，623是波長為1065nm的光纖激光，624是透射截止波長為1060nm的長波通濾光片，625是透射截止波長為1065nm的長波通濾光片，63是透射截止波長為1052nm的長波通濾光片，7是高級合成模塊，71是初級合成模塊，711是波長為1070nm的光纖激光，712是波長為1075nm的光纖激光，713是波長為1080nm的光纖激光，714是透射截止波長為1075nm的長波通濾光片，715是透射截止波長為1080nm的長波通濾光片，72初級合成模塊，721是波長為1085nm的光纖激光，722是波長為1090nm的光纖激光，723是波長為1095nm的光纖激光，724是透射中心波長為1090nm的長波通濾光片，725是透射截止波長為1095nm的長波通濾光片，73是透射截止波長為1082nm的長波通濾光片，8是透射截止波長為1067nm的長波通濾光片。
具體實施例方式下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實施例，實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對本發(fā)明的限制。在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特征。在本發(fā)明的描述中，“多個”的含義是兩個或兩個以上，除非另有明確具體的限定。實施例1 :圖1為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的基于波分復(fù)用的光纖激光合成裝置中采用窄帶干涉濾光片和帶通濾光片的流程示意圖。圖2為根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的基于波分復(fù)用的光纖激光合成裝置的具體示例圖。圖中，黑色柱體為多個不同透射波段的濾光片，箭頭為激光。如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明實施例的基于波分復(fù)用的光纖激光合成裝置包括多個不同透射波段的濾光片和多個反射鏡，其中，多個不同透射波段的濾光片反射或透射多個不同波段的激光合成多個初級合成模塊，并生成初級合成光，兩個初級合成模塊合成一個高級合成模塊，并生成的高級合成光作為更高一級的子合成光與其他波段的高級合成光進(jìn)一步合成。具體地，多個不同透射波段的濾光片用于透射特定波段的激光。多個反射鏡，用于改變合成激光的方向。在本發(fā)明的一個實施例中，初級合成模塊由兩個濾光片組成，通過兩個不同透射波段的濾光片對四束光的透射和反射合成出初級合成光。在本發(fā)明的一個實施例中，通過初級合成模塊I和初級合成模塊2所生成的兩個初級合成光經(jīng)過濾光片合成出高級合成光，其中所使用的整個作為高級合成模塊。如圖1和圖2所示，各個濾光片及反射鏡與光路的夾角為45度。激光111不在初級合成模塊I內(nèi)所有濾光片的透射波段內(nèi)，通過每個濾光片都被反射。激光112處于濾光片114的透射中心波長且不在其后的濾光片115的透射波長范圍內(nèi)，透過114后，由濾光片115反射。激光113處于濾光片115的透射中心波長,透過115。3路光纖激光透過濾光片115后作為初級合成模塊11的輸出。相同原理，其他3個初級合成模塊按照相同的原理進(jìn)行合成，得到四個初級合成光。11和12輸出的初級合成光由帶通濾光片13合成為一路高級合成光。21和22輸出的初級合成光由帶通濾光片23合成為另一路高級子合成光。兩路高級合成光再由反射鏡4、5折轉(zhuǎn)光路后經(jīng)帶通濾光片3合成為合成光。
在本發(fā)明的一個實施例中，若濾光片的反射波段的反射率和透射波段的透射率均為99%，用此結(jié)構(gòu)合成12路光纖激光(每個初級合成模塊合成3路光)，則合成效率比級聯(lián)合束的效率高1. 6%。在本發(fā)明的一個實施例中，光纖激光由高功率摻鐿光纖激光器產(chǎn)生，波段在IOOOnm到1200nm之間，并且濾光片為帶通干涉濾光片、長波通濾光片或短波通濾光片，從而可以對不同波段的光纖激光進(jìn)行透射。實施例2 圖3為根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的基于波分復(fù)用的光纖激光合成裝置的示例圖。如圖3所示，各個濾光片及反射鏡與光路的夾角為45度。激光611不在初級合成模塊內(nèi)所有濾光片的透射波段內(nèi)，通過每個濾光片都被反射，激光612處于濾光片614的透射波段且不在其后的濾光片的透射波長范圍內(nèi)，透過614后，由濾光片615反射,激光613處于濾光片615的透射波段,透過615。3路光纖激光透過濾光片615后作為初級合成模塊61的輸出，其他3個初級合成光按照相同的原理進(jìn)行合束，得到四個初級合成光。61和62輸出的初級合成光由長波通濾光片63合成為一路高級合成光。71和72輸出的初級合成光由長波通濾光片73合成為另一路高級合成光。兩路高級合成光再由反射鏡4、5折轉(zhuǎn)光路后經(jīng)長波通濾光片3合成為合成光。根據(jù)本發(fā)明實施例的基于波分復(fù)用的光纖激光合成裝置，通過不同透射波段的濾光片對特定波段的激光進(jìn)行透射，而其余的激光進(jìn)行反射，有效的減少了反射次數(shù)，降低了反射損耗，從而提高了在同等條件下合成激光的功率。盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對上述實施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型。
權(quán)利要求
1.一種基于波分復(fù)用的光纖激光合成裝置，其特征在于，包括 多個不同透射波段的濾光片，用于透射特定波段的激光； 多個反射鏡，用于改變合成激光的方向； 其中，所述多個不同透射波段的濾光片反射或透射多個不同波段的激光合成多個初級合成模塊，并生成初級合成光，兩個所述初級合成模塊合成一個高級合成模塊，并生成的高級合成光作為更高一級的子合成光與其他波段的高級合成光進(jìn)一步合成。
2.如權(quán)利要求1所述的基于波分復(fù)用的光纖激光合成裝置，其特征在于，所述濾光片與光路成、所述反射鏡與光路成適當(dāng)夾角，使合成的各路激光的光路從最后一個濾光片出射時重合。
3.如權(quán)利要求1所述的基于波分復(fù)用的光纖激光合成裝置，其特征在于，所述的初級濾光片為窄帶干涉濾光片、長波通濾光片或短波通濾光片。
4.如權(quán)利要求1-3所述的基于波分復(fù)用的光纖激光合成裝置，其特征在于，所述的高級濾光片為帶通干涉濾光片、長波通濾光片或短波通濾光片。
5.如權(quán)利要求1所述的基于波分復(fù)用的光纖激光合成裝置，其特征在于，所述初級合成模塊包括初級濾光片，高級合成模塊包括高級濾光片，其中，所述高級濾光片的透射波段應(yīng)包括一路子合成光的所有波段，不包括另一路子合成光的所有波段。
6.如權(quán)利要求1所述的基于波分復(fù)用的光纖激光合成裝置，其特征在于，所述初級合成模塊包括初級濾光片，高級合成模塊包括高級濾光片，其中，所述濾光片根據(jù)初級濾光片的排列對適當(dāng)?shù)慕M合后的初級子合成光進(jìn)行合束。
7.如權(quán)利要求1所述的基于波分復(fù)用的光纖激光合成裝置，其特征在于，所述的濾光片為耐高功率高能量激光的濾光片。
8.如權(quán)利要求1-7所述的基于波分復(fù)用的光纖激光合成裝置，其特征在于，所述的反射鏡對所要合成的波段的光纖激光有較高的反射率。
9.如權(quán)利要求1-8所述的基于波分復(fù)用的光纖激光合成裝置，其特征在于，所述的光纖激光由高功率摻鐿光纖激光器產(chǎn)生，波段在IOOOnm到1200nm之間。
全文摘要
本發(fā)明提出一種基于波分復(fù)用的光纖激光合成裝置，包括多個不同透射波段的濾光片，用于透射特定波段的激光；多個反射鏡，用于改變合成激光的方向，其中，多個不同透射波段的濾光片反射或透射多個不同波段的激光合成多個初級合成模塊，并生成初級合成光，兩個初級合成模塊合成一個高級合成模塊，并生成的高級合成光作為更高一級的子合成光與其他波段的高級合成光進(jìn)一步合成。根據(jù)本發(fā)明實施例的基于波分復(fù)用的光纖激光合成裝置，通過不同透射波段的濾光片對特定波段的激光進(jìn)行透射，而其余的激光進(jìn)行反射，有效的減少了反射次數(shù)，降低了反射損耗，從而提高了在同等條件下合成激光的功率。
文檔編號G02B5/20GK103018911SQ20121054644
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月14日
發(fā)明者閆平, 鞏馬理, 肖起榕, 孫駿逸, 張海濤, 李丹 申請人:清華大學(xué)