一種實(shí)現(xiàn)激光相干合束的方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種實(shí)現(xiàn)激光相干合束的方法，屬于激光【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明的方法為：將激光器發(fā)出的信號(hào)光分成多路激光光束，并將其中一路激光光束引出作為當(dāng)前參考光，其余各路激光光束分別與對(duì)應(yīng)的藍(lán)光光束進(jìn)行耦合；對(duì)耦合后的各路光束進(jìn)行放大處理，再對(duì)各路光束進(jìn)行光調(diào)制處理后準(zhǔn)直輸出，得到相干合束；該光調(diào)制處理為：將各路光束中的藍(lán)光調(diào)制為激光的相位；與激光光束耦合的當(dāng)前藍(lán)光光束的功率，取決于前一參考光與光調(diào)制處理后準(zhǔn)直輸出的對(duì)應(yīng)光路的光束之間的相位差。同時(shí)，本發(fā)明還提出了對(duì)應(yīng)上述方法的裝置。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)簡便，對(duì)器件的熱承受能力無特定需求，就能實(shí)現(xiàn)精確的相位調(diào)制，得到高功率的相干激光輸出，能廣泛應(yīng)用于激光技術(shù)。
【專利說明】一種實(shí)現(xiàn)激光相干合束的方法及裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于激光【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及了一種實(shí)現(xiàn)激光波前相干合束的方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在激光功率要求較高的應(yīng)用領(lǐng)域，由于受到激光器本身熱效應(yīng)或者非線性效應(yīng)等機(jī)制的影響，激光器的輸出功率會(huì)被限制，要達(dá)到所需求更高的激光輸出功率，激光合束技術(shù)是其中一種技術(shù)解決方案，以滿足系統(tǒng)對(duì)高功率激光輸出的要求。
[0003]在激光合束的技術(shù)方案中,兩種常用的合束方式為:非相干合束和相干合束，其中非相干合束只是簡單的各路激光能量疊加，故不能實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化合束；而相干合束是各路激光發(fā)生干涉，是輸入激光電場(chǎng)疊加，相較而言，其性能更優(yōu)。
[0004]在相干合束上有兩個(gè)重要的影響因素:精確的相位控制和填充因子。目前，在相干合束的實(shí)現(xiàn)方案中，為了確保精確的相位控制，通常對(duì)相應(yīng)器件的熱承受能力的需求高，例如采用光柵外腔組合的方式實(shí)現(xiàn)相干合束，具體結(jié)構(gòu)可參考圖1，在該方案中，將體光柵置于復(fù)合腔內(nèi)，所有激光器(圖中給出的示例為抽運(yùn)源燃料激光器)共用I個(gè)外腔，通過I個(gè)半透明的耦合鏡實(shí)現(xiàn)輸出，透鏡聚焦使不同的激光光束以不同的角度入射到特制的體光柵上，而只在一個(gè)方向上相干疊加共同輸出，由于輸出鏡具有一定反射率提供了反饋，使得不同光束的能量能進(jìn)入其它光纖中，這樣各光纖激光器的光振蕩互相牽制，達(dá)到鎖相的目的。但是在本方案中，由于特制體光柵在一個(gè)方向上相干疊加共同輸出，其工作區(qū)域比較小，導(dǎo)致體光柵對(duì)熱的承受力要求比較高，所以不能達(dá)到更多光束的相干合束。故有必要提出一種新的相干合束處理方案，降低對(duì)相應(yīng)器件的熱承受能力的需求，以提高現(xiàn)有相干合束方案的效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于:提供一種高效、對(duì)器材的熱承受能力需求低的實(shí)現(xiàn)激光相干合束的方法及裝置。
[0006]本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)激光相干合束的方法，包括下列步驟:
[0007]將激光器發(fā)出的信號(hào)光分成多路激光光束，并將其中一路激光光束引出作為當(dāng)前參考光，其余各路激光光束分別與對(duì)應(yīng)的藍(lán)光光束進(jìn)行耦合；
[0008]對(duì)耦合后的各路光束進(jìn)行放大處理，再對(duì)各路光束進(jìn)行光調(diào)制處理后準(zhǔn)直輸出，得到相干合束；
[0009]所述光調(diào)制處理為:將各路光束中的藍(lán)光調(diào)制為激光的相位；所述與激光光束耦合的當(dāng)前藍(lán)光光束的功率，取決于前一參考光與光調(diào)制處理后準(zhǔn)直輸出的對(duì)應(yīng)光路的光束之間的相位差。
[0010]本發(fā)明基于當(dāng)前獲取的激光光束與耦合光束(激光光束與藍(lán)光光束的耦合光束)之間的相位差，與藍(lán)光功率的特性關(guān)系，得到下一耦合處理時(shí)的藍(lán)光光束功率的調(diào)節(jié)量，基于當(dāng)前獲取的功率調(diào)節(jié)量對(duì)后續(xù)耦合處理的藍(lán)光光束的功率控制，如此實(shí)現(xiàn)鎖相輸出，得到激光波前相干合束輸出。其實(shí)現(xiàn)簡便，實(shí)現(xiàn)相干合束的光束多，得到的相干激光輸出的效率高，且能確保相位調(diào)制精確度，又不會(huì)對(duì)器件的熱承受能力需求高。
[0011]基于本發(fā)明的方法，本發(fā)明還公開了一種實(shí)現(xiàn)激光相干合束的裝置，包括:
[0012]外接激光器的分束器，所述分束器與探測(cè)器相連，用于將一路激光光束傳輸至探測(cè)器；
[0013]分別與分束器、藍(lán)光驅(qū)動(dòng)器相連的多個(gè)耦合器，用于耦合分束器和藍(lán)光驅(qū)動(dòng)器輸出的光束；
[0014]與所述耦合器相連的放大器，所述放大器與耦合器一對(duì)一相連；
[0015]與各放大器相連的光調(diào)制器，用于將各放大器的輸出光束中的藍(lán)光調(diào)制為激光的相位；
[0016]以及對(duì)光調(diào)制器的輸出光束進(jìn)行準(zhǔn)直輸出的準(zhǔn)直鏡，對(duì)準(zhǔn)直鏡的輸出光束進(jìn)行透射和反射的半透半反鏡，所述半透半反鏡產(chǎn)生的反射光進(jìn)入探測(cè)器；
[0017]所述探測(cè)器基于分束器傳輸?shù)募す夤馐?，探測(cè)激光光束與反射光的各路光束之間的相位差，并將所述相位差轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出至對(duì)應(yīng)光路的藍(lán)光驅(qū)動(dòng)器，用于控制其輸出的藍(lán)光光束的功率。
[0018]綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是:相干合束的相位控制精確，相干合束處理效率高，實(shí)現(xiàn)便捷。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]本發(fā)明將通過例子并參照附圖的方式說明，其中:
[0020]圖1是現(xiàn)有的實(shí)現(xiàn)相干合束的裝置示意圖；
[0021]圖2是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的工作原理圖；
[0022]1-η-表不不同光路的激光光束，2-η-表不不同光路的藍(lán)光光束，其中η為自
然數(shù)；3——準(zhǔn)直鏡；4——半透半反射鏡；5——探測(cè)器。
【具體實(shí)施方式】
[0023]本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。
[0024]本說明書(包括任何附加權(quán)利要求、摘要和附圖)中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個(gè)特征只是一系列等效或類似特征中的一個(gè)例子而已。
[0025]參見圖2，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)激光相干合束的裝置，包括分束器，耦合器，放大器，藍(lán)光驅(qū)動(dòng)器，光調(diào)制器，準(zhǔn)直鏡3，半透半反鏡4，探測(cè)器5，
[0026]其中，分束器通過傳輸光纖外接發(fā)射信號(hào)光的激光器(如種子源激光器)，該信號(hào)光即為所要合束的激光；且分束器還與探測(cè)器5相連，用于將一路激光光束傳輸至探測(cè)器5中，輸入探測(cè)器的激光光束作為參考光；
[0027]藍(lán)光驅(qū)動(dòng)器，是能控制藍(lán)光功率的藍(lán)光激光器，用于輸出不同光功率的藍(lán)光光束；[0028]稱合器,具體為單模稱合器，基于傳輸光纖，稱合器分別與分束器、藍(lán)光驅(qū)動(dòng)器相連，用于耦合分束器和藍(lán)光驅(qū)動(dòng)器輸出的光束，耦合器的個(gè)數(shù)取決于需要相干合束所涉及到的光束；
[0029]放大器，本實(shí)施方式中，選用MOPA功率放大器，其是針對(duì)信號(hào)光進(jìn)行的主振蕩功率放大器光纖陣列。放大器通過傳輸光纖與各耦合器一一相連；
[0030]通過傳輸光纖與各放大器相連的光調(diào)制器，本實(shí)施方式中，選用藍(lán)光尋址液晶空間光調(diào)制器，其由藍(lán)光的光強(qiáng)控制液晶兩端的電壓大小，實(shí)現(xiàn)光尋址，從而達(dá)到對(duì)輸入的信號(hào)光相位的調(diào)制，即分別將放大器的輸出的光束中的藍(lán)光調(diào)制為激光的相位；
[0031]及對(duì)光調(diào)制器的輸出光束進(jìn)行準(zhǔn)直輸出的準(zhǔn)直鏡3，其焦距根據(jù)光纖的幾何排布而選擇，液晶空間光調(diào)制器在準(zhǔn)直鏡的焦點(diǎn)上；
[0032]對(duì)準(zhǔn)直鏡3的輸出光束進(jìn)行透射和反射的半透半反鏡4，且半透半反鏡4產(chǎn)生的反射光進(jìn)入探測(cè)器5中。因半透半反鏡4對(duì)信號(hào)光透射率很高，反射率較低，從而使之少部分反射光進(jìn)入探測(cè)器5中，與參考光發(fā)生外差干涉，利用外差法，獲取系統(tǒng)的相位偏移量，為閉環(huán)反饋控制提供相位信息；
[0033]探測(cè)器5與藍(lán)光驅(qū)動(dòng)器通過傳輸光纖相連，將其所獲取的各相位偏移量輸出至對(duì)應(yīng)的藍(lán)光驅(qū)動(dòng)器，用于控制其輸出藍(lán)光光束的功率，即當(dāng)相位偏移量是基于第2-n路藍(lán)光光束(η為大于O的自然數(shù))與激光光束稱合后，經(jīng)光調(diào)制器、準(zhǔn)直鏡3、半透半反鏡4反射的光束時(shí)，則將該偏移量傳輸給輸出第2-n路藍(lán)光光束的藍(lán)光驅(qū)動(dòng)器。
[0034]本發(fā)明的工作流程為:種子源激光器發(fā)射出信號(hào)光，信號(hào)光經(jīng)過分束器分成多路激光光束，將其中一路引出作為參考光并傳輸至探測(cè)器5，其余光路命名為光路1-1、1-2，…，2-n ;藍(lán)光驅(qū)動(dòng)器是控制藍(lán)光光束功率，輸出不同光功率(系統(tǒng)初始化時(shí)，藍(lán)光光束功率可任意設(shè)置初始值，在后續(xù)處理時(shí)，藍(lán)光光束的功率，取決于前一參考光與光調(diào)制處理后準(zhǔn)直輸出的對(duì)應(yīng)光路的光束之間的相位差。)的藍(lán)光光束為2-1、2-2，…，2-n ;每一路激光光束、藍(lán)光光束分別傳輸至稱合器，兩個(gè)不同波長的激光光束、藍(lán)光光束通過稱合器率禹合到一路光束，經(jīng)傳輸光纖傳輸?shù)椒糯笃鲗?shí)現(xiàn)對(duì)光束的放大；放大后的光束經(jīng)傳輸光纖到達(dá)光調(diào)制器，由光調(diào)制器將共軸傳輸過來的藍(lán)光光束的相位信息調(diào)制到激光光束的相位信息。由于藍(lán)光光束的功率大小是依據(jù)閉環(huán)反饋獲取的相位信息進(jìn)行計(jì)算所得，因此能夠使得各路信號(hào)光輸出具有相同的相位，即具有相同的波前，完成激光波前相干合束。光調(diào)制器的輸出光束經(jīng)準(zhǔn)直鏡3進(jìn)行準(zhǔn)直輸出，其輸出光束經(jīng)半透半反鏡4反射一小部分光給探測(cè)器5，反射光與所引出的參考光干涉，經(jīng)探測(cè)器5探測(cè)其相位差(利用外差法獲取各路光束與參考光的相位偏移量)，經(jīng)過相位差與藍(lán)光功率的特性關(guān)系，得到藍(lán)光功率的調(diào)節(jié)量，該調(diào)節(jié)量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，控制藍(lán)光驅(qū)動(dòng)器，實(shí)現(xiàn)藍(lán)光光功率的控制，如此達(dá)到鎖相輸出，得到激光波前相干合束輸出。
[0035]實(shí)施例
[0036]在本實(shí)施不例中，種子源激光器輸出信號(hào)光1064nm紅外光,經(jīng)過分束器分成多路激光光束，作為液晶空間光調(diào)制器的讀出光，藍(lán)光驅(qū)動(dòng)器控制輸出多路450nm藍(lán)光，作為液晶空間光調(diào)制器的控制光即寫入光，相應(yīng)的光束經(jīng)耦合器耦合到傳輸光纖中傳輸，各路光束通過MOPA功率放大器實(shí)現(xiàn)放大輸出，再經(jīng)傳輸光纖傳輸?shù)揭壕Э臻g光調(diào)制器表面。液晶空間光調(diào)制器對(duì)輸出光相位調(diào)制，調(diào)制成相同波前的輸出，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)波前的相干合束。[0037]本實(shí)施例通過利用技術(shù)相對(duì)成熟，價(jià)格相對(duì)低廉的液晶空間光調(diào)制器，實(shí)現(xiàn)對(duì)激光的相對(duì)精確相位控制，使經(jīng)液晶空間光調(diào)制器輸出的被調(diào)制信號(hào)激光陣列，具有相同的波前，從而完成激光波前相干合束。與現(xiàn)有方案相比，其實(shí)現(xiàn)簡便，成本低廉，對(duì)器件的熱承受能力需求低，相干合束輸出的功率高。
【權(quán)利要求】
1.一種實(shí)現(xiàn)激光相干合束的方法，其特征在于，包括下列步驟: 將激光器發(fā)出的信號(hào)光分成多路激光光束，并將其中一路激光光束引出作為當(dāng)前參考光，其余各路激光光束分別與對(duì)應(yīng)的藍(lán)光光束進(jìn)行耦合； 對(duì)耦合后的各路光束進(jìn)行放大處理，再對(duì)各路光束進(jìn)行光調(diào)制處理后準(zhǔn)直輸出，得到相干合束； 所述光調(diào)制處理為:將各路光束中的藍(lán)光調(diào)制為激光的相位； 所述與激光光束耦合的當(dāng)前藍(lán)光光束的功率，取決于前一參考光與光調(diào)制處理后準(zhǔn)直輸出的對(duì)應(yīng)光路的光束之間的相位差。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，獲取參考光與對(duì)應(yīng)光路的光束之間的相位差為:將光調(diào)制處理后準(zhǔn)直輸出的光路經(jīng)過半透半反鏡，將得到的反射光與參考光進(jìn)行外差干涉，獲取對(duì)應(yīng)的相位差。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，在執(zhí)行激光光束藍(lán)光光束進(jìn)行耦合操作時(shí)，初始化各藍(lán)光光束的功率為預(yù)設(shè)值。
4.一種實(shí)現(xiàn)激光相干合束的裝置，其特征在于，包括: 外接激光器的分束器，所述分束器與探測(cè)器相連，用于將一路激光光束傳輸至探測(cè)器； 分別與分束器、藍(lán)光驅(qū)動(dòng)器相連的多個(gè)耦合器，用于耦合分束器和藍(lán)光驅(qū)動(dòng)器輸出的光束； 與所述耦合器相連的放大器，所述放大器與耦合器一對(duì)一相連； 與各放大器相連的光調(diào)制器，用于將各放大器的輸出光束中的藍(lán)光調(diào)制為激光的相位； 以及對(duì)光調(diào)制器的輸出光束進(jìn)行準(zhǔn)直輸出的準(zhǔn)直鏡，對(duì)準(zhǔn)直鏡的輸出光束進(jìn)行投射和反射的半透半反鏡，所述半透半反鏡產(chǎn)生的反射光進(jìn)入探測(cè)器； 所述探測(cè)器基于分束器傳輸?shù)募す夤馐?，探測(cè)激光光束與反射光的各路光束之間的相位差，并將所述相位差輸出至對(duì)應(yīng)光路的藍(lán)光驅(qū)動(dòng)器，用于控制其輸出的藍(lán)光光束的功率。
5.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述光調(diào)制器為藍(lán)光尋址液晶空間光調(diào)制器。
6.如權(quán)利要求3或4所述的裝置，其特征在于，所述放大器為主控振蕩器的功率放大器。
【文檔編號(hào)】G02B27/10GK103513428SQ201310467671
【公開日】2014年1月15日 申請(qǐng)日期:2013年10月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月9日
【發(fā)明者】段穎穎, 汪相如, 黃子強(qiáng) 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)