二維大規(guī)模激光束陣列占空比調(diào)節(jié)裝置制造方法
【專利摘要】一種二維大規(guī)模激光束陣列占空比調(diào)節(jié)裝置，包括共軸放置的凸面角錐棱鏡與凹面角錐棱鏡，兩角錐棱鏡直徑相同，邊緣厚度相同，圓錐面互補(bǔ)。該裝置可以實(shí)現(xiàn)二維排布的大規(guī)模激光束陣列占空比的調(diào)節(jié)，從而提高相干合成遠(yuǎn)場(chǎng)艾里斑的亮度。該裝置具有占空比調(diào)節(jié)范圍大，調(diào)節(jié)方便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】二維大規(guī)模激光束陣列占空比調(diào)節(jié)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及高功率光纖激光器相干合束系統(tǒng)，特別是一種二維大規(guī)模激光束陣列占空比調(diào)節(jié)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著激光應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，空間通信、激光武器、材料加工、遙感和激光雷達(dá)等領(lǐng)域?qū)Ω吖β?、高光束質(zhì)量的激光提出了迫切需求。光纖激光器具有結(jié)構(gòu)緊湊、熱管理方便、光束質(zhì)量好和轉(zhuǎn)換效率高等特點(diǎn)，在高功率激光領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。然而，由于熱效應(yīng)、非線性效應(yīng)和端面損傷閾值的限制，單根光纖激光器的輸出功率存在理論極限。因此，將多個(gè)光纖激光器組成陣列合成為單光束輸出可以有效解決單纖激光器存在的問題，在提高亮度的前提下大大提高輸出功率水平。
[0003]在光纖激光器相干合成系統(tǒng)中，光束間的占空比對(duì)遠(yuǎn)場(chǎng)艾里斑的亮度有重要影響。光束的占空比即為光束直徑與相鄰兩光束中心軸橫向間距的比值，通過增大光束孔徑或減小光束橫向間距均可以增大占空比，進(jìn)而提高遠(yuǎn)場(chǎng)艾里斑的亮度。一般情況下，光束橫向間距更易調(diào)節(jié)，因此目前國際國內(nèi)多采用調(diào)整光束橫向間距的方法提高光束陣列占空比。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供一種二維大規(guī)模激光束陣列占空比調(diào)節(jié)裝置，該裝置可以實(shí)現(xiàn)二維大規(guī)模激光束陣列橫向間距的調(diào)節(jié)，以提高光束陣列占空比，從而提高相干合成遠(yuǎn)場(chǎng)艾里斑亮度。該裝置具有占空比調(diào)節(jié)范圍大，調(diào)節(jié)方便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)。
[0005]本發(fā)明解決上述問題的技術(shù)方案如下:
[0006]一種二維大規(guī)模激光束陣列占空比調(diào)節(jié)裝置，其特點(diǎn)是:由同光軸凸面角錐棱鏡和凹面角錐棱鏡組成，所述的凸面角錐棱鏡的底面、凸面角錐棱鏡的圓錐面、凹面角錐棱鏡的圓錐面和凹面角錐棱鏡的底面沿光軸依次排列，所述的凸面角錐棱鏡或凹面角錐棱鏡置于沿光軸移動(dòng)的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)上。
[0007]所述的凸面角錐棱鏡、凹面角錐棱鏡的圓錐面均為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱面。
[0008]所述的凸面角錐棱鏡、凹面角錐棱鏡的直徑相同，邊緣厚度相同，圓錐面互補(bǔ)。
[0009]所述的凸面角錐棱鏡的底面、凸面角錐棱鏡的圓錐面、凹面角錐棱鏡的底面和凹面角錐棱鏡的圓錐面鍍有與激光波長對(duì)應(yīng)的多層電介質(zhì)增透膜。
[0010]通過增大兩角錐棱鏡之間的距離，可以減小兩入射光束的橫向間距，從而使占空比得到調(diào)節(jié)。
[0011]本發(fā)明的技術(shù)效果在于:
[0012]本發(fā)明利用兩個(gè)角錐棱鏡互補(bǔ)的特性，通過增大兩個(gè)角錐棱鏡間的距離，可以提高二維大規(guī)模激光束的占空比，從而實(shí)現(xiàn)大規(guī)模激光束相干合成后遠(yuǎn)場(chǎng)艾里斑亮度的提聞。[0013]該裝置僅使用兩塊棱鏡，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，工作狀態(tài)穩(wěn)定。通過調(diào)節(jié)兩角錐棱鏡間的距離即可實(shí)現(xiàn)占空比的提高，調(diào)節(jié)方便。兩角錐棱鏡的圓錐面均為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱面，因此可以容納關(guān)于光軸對(duì)稱的二維大規(guī)模激光束。此外，角錐棱鏡采用熔融石英制作，熱穩(wěn)定性好，能承受高亮度的激光照射，無需設(shè)計(jì)復(fù)雜的散熱系統(tǒng)，適合高功率激光器相干合束系統(tǒng)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明二維大規(guī)模激光束陣列占空比調(diào)節(jié)裝置示意圖。
[0015]圖2為本發(fā)明二維大規(guī)模激光束陣列占空比調(diào)節(jié)裝置實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0017]先請(qǐng)參閱圖1，圖1為本發(fā)明二維大規(guī)模激光束陣列占空比調(diào)節(jié)裝置示意圖。由圖可見，本發(fā)明二維大規(guī)模激光束陣列占空比調(diào)節(jié)裝置，由同光軸凸面角錐棱鏡I和凹面角錐棱鏡2組成，所述的凸面角錐棱鏡I的底面、凸面角錐棱鏡I的圓錐面、凹面角錐棱鏡2的圓錐面和凹面角錐棱鏡2的底面沿光軸依次排列，所述的凸面角錐棱鏡I或凹面角錐棱鏡2置于沿光軸移動(dòng)的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)上。
[0018]第一光束LI平行于光軸垂直入射到凸面角錐棱鏡I的底面，經(jīng)過凸面角錐棱鏡1，在凸面角錐棱鏡I的圓錐面發(fā)生折射，由于角錐棱鏡材料折射率大于空氣折射率，因此出射光向光軸方向偏折。出射光傾斜入射至凹面角錐棱鏡2，由于激光束從空氣入射到折射率稍大的棱鏡材料中，光束LI會(huì)向遠(yuǎn)離光軸方向偏折，另由兩角錐棱鏡圓錐面互補(bǔ)，光束LI在凹面角錐棱鏡2中傳輸后從凹面角錐棱鏡2的底面平行于光軸出射。同理，第二光束L2平行于光軸，與光束LI關(guān)于光軸對(duì)稱的垂直入射至凸面角錐棱鏡I中，最終從凹面角錐棱鏡2的底面平行于光軸出射。增大兩個(gè)角錐棱鏡間的距離，光束LI與光束L2的間距得到縮小，兩激光束的孔徑不變，因此兩路激光束的占空比得到提高。
[0019]考慮N路激光束平行于光軸入射至第一角錐棱鏡I的情況，只要所有N路激光束兩兩關(guān)于光軸對(duì)稱，則通過調(diào)整兩角錐棱鏡的距離，對(duì)稱激光束的占空比均得到調(diào)節(jié)，N路二維大規(guī)模激光束陣列的占空比也得到調(diào)節(jié)。
[0020]所述的凸面角錐棱鏡1、凹面角錐棱鏡2的圓錐面均為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱面。
[0021]所述的凸面角錐棱鏡1、凹面角錐棱鏡2的直徑相同，邊緣厚度相同，圓錐面互補(bǔ)。
[0022]所述的凸面角錐棱鏡I的底面、凸面角錐棱鏡I的圓錐面、凹面角錐棱鏡2的底面和凹面角錐棱鏡2的圓錐面鍍有與激光波長對(duì)應(yīng)的多層電介質(zhì)增透膜。
[0023]下面舉一個(gè)具體實(shí)施例介紹如下:
[0024]如圖2所示，采用2個(gè)摻Y(jié)b3+光纖激光器，輸出光束為LI和L2，輸出激光波長為1064nm，光束直徑為3mm，每路激光輸出功率為20W。L1，L2關(guān)于光軸對(duì)稱分布，與光軸的橫向距離為5mm，占空比為30%。凸面角錐棱鏡I和凹面角錐棱鏡2的口徑為25.4mm，邊緣厚度5mm，圓錐面底角為10°。兩個(gè)角錐棱鏡的圓錐面和底面均鍍有對(duì)1064nm波段的增透膜。傅里葉透鏡3 口徑為20mm，焦距為1000mm，用以將準(zhǔn)直光束匯聚在光屏4上。調(diào)整凸面角錐棱鏡I和凹面角錐棱鏡2的間距，兩路光束的占空比可在30%?80%之間調(diào)節(jié)，最 高可以提高至80%，光屏上承接的激光總能量為40W，艾里斑亮度得到提升。
【權(quán)利要求】
1.一種二維大規(guī)模激光束陣列占空比調(diào)節(jié)裝置，其特征是:由同光軸凸面角錐棱鏡(I)和凹面角錐棱鏡(2)組成，所述的凸面角錐棱鏡(I)的底面、凸面角錐棱鏡(I)的圓錐面、凹面角錐棱鏡(2)的圓錐面和凹面角錐棱鏡(2)的底面沿光軸依次排列，所述的凸面角錐棱鏡(I)或凹面角錐棱鏡(2)置于沿光軸移動(dòng)的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維大規(guī)模激光束陣列占空比調(diào)節(jié)裝置，其特征在于，所述的凸面角錐棱鏡(I)、凹面角錐棱鏡(2)的圓錐面均為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維大規(guī)模激光束陣列占空比調(diào)節(jié)裝置，其特征在于，所述的凸面角錐棱鏡(I)、凹面角錐棱鏡(2)的直徑相同，邊緣厚度相同，圓錐面互補(bǔ)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維大規(guī)模激光束陣列占空比調(diào)節(jié)裝置，其特征在于，所述的凸面角錐棱鏡(I)的底 面、凸面角錐棱鏡(I)的圓錐面、凹面角錐棱鏡(2)的底面和凹面角錐棱鏡(2)的圓錐面鍍有與激光波長對(duì)應(yīng)的多層電介質(zhì)增透膜。
【文檔編號(hào)】G02B27/09GK104020566SQ201410172792
【公開日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2014年4月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月28日
【發(fā)明者】周軍, 楊依楓, 何兵, 劉厚康, 鄭也, 胡曼 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所