一種同波長(zhǎng)脈沖激光束功率合成裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于多路同波長(zhǎng)脈沖激光束高精度高效率合成裝置，屬于光學(xué)機(jī)械工程領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]激光在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，但是對(duì)輸出的光束功率、成像質(zhì)量、以及生產(chǎn)成本的要求也就提出了更高的要求。就單臺(tái)激光光束來(lái)講，要想既把輸出功率做得很大又要保證高精度的光學(xué)質(zhì)量非常困難，輸出功率越大，其成像質(zhì)量越差，由此有必要對(duì)多臺(tái)激光光束進(jìn)行合成。
[0003]對(duì)多路激光合成可分為同波長(zhǎng)的激光合成和不同波長(zhǎng)的激光合成，對(duì)于多路同一波長(zhǎng)的光束合成又分為相干合成和非相干合成，這里只對(duì)非相干脈沖激光合成進(jìn)行設(shè)計(jì)。對(duì)于N路同一波長(zhǎng)的非相干脈沖激光光束合成后其光束能量密度最大可達(dá)原來(lái)的N倍。至今為止，國(guó)內(nèi)外可查到的資料是專利號(hào)ZL201210152113.4只能對(duì)不同波長(zhǎng)的激光進(jìn)行非相干合成，因此，發(fā)明一種能夠?qū)崟r(shí)閉環(huán)控制的大功率高精度同波長(zhǎng)脈沖激光光束合成裝置非常必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決得技術(shù)問(wèn)題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種能夠?qū)崟r(shí)閉環(huán)控制的大功率高精度同波長(zhǎng)脈沖激光光束合成裝置，以滿足現(xiàn)代激光領(lǐng)域的要求。其系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性，適用于靜態(tài)、準(zhǔn)靜態(tài)以及動(dòng)態(tài)條件下的多路脈沖激光光束穩(wěn)定合成。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的解決方案:一種同波長(zhǎng)脈沖激光光束功率合成裝置，它包括:第一可調(diào)鏡，第一傳輸鏡，第二傳輸鏡，合成分光組合鏡，第二可調(diào)鏡，第三傳輸鏡，聚焦系統(tǒng)，目標(biāo)，第一激光器，第二激光器；第一激光器發(fā)出的第一激光光束經(jīng)過(guò)第一可調(diào)鏡和第一傳輸鏡，第二傳輸鏡到合成分光組合鏡，第二激光器發(fā)出的第二激光光束經(jīng)過(guò)第二可調(diào)鏡和第三傳輸鏡進(jìn)入合成分光組合鏡，第一激光器發(fā)出的激光光束的大部分能量作為主光束經(jīng)過(guò)合成分光組合鏡反射出去，極小部分能量作為測(cè)量光束經(jīng)過(guò)合成分光組合鏡透射進(jìn)入合成傳感器；第二激光器發(fā)出的激光光束的大部分能量作為主光束經(jīng)過(guò)合成分光組合鏡透射出去，極小部分能量作為測(cè)量光束經(jīng)過(guò)合成分光組合鏡反射進(jìn)入合成傳感器。
[0006]其中，合成分光組合鏡是一個(gè)帶有輕薄圓盤(pán)的電機(jī)控制系統(tǒng)，利用軸套、圓柱銷、螺母將圓盤(pán)固定在高速電機(jī)的軸上，高速電機(jī)和光電二極管固定在底座上，工作時(shí)電機(jī)軸帶動(dòng)圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)而高速電機(jī)和光電二極管以及底座不動(dòng)。
[0007]其中，在圓盤(pán)上開(kāi)有若干偶數(shù)個(gè)軸對(duì)稱圓孔，在圓孔上分別裝有鍍制高反射率膜系平面反射鏡和高透射率膜系的平面透射鏡，其中奇數(shù)位置的平面鏡是鍍制高反射率膜系的平面鏡，偶數(shù)位置的平面鏡是鍍制高透射率膜系的平面鏡；第一激光器發(fā)出的第一束激光經(jīng)過(guò)鍍有高反射率膜系平面反射鏡后，99.9%以上的光進(jìn)入了聚焦系統(tǒng)，并作用于目標(biāo)上；極少部分透射光作為測(cè)量光束進(jìn)入合成器，作為光束指向探測(cè)的信號(hào)；第二激光器發(fā)出的第二束激光經(jīng)過(guò)鍍有高透射率膜系平面透射鏡后，99.5%以上的光進(jìn)入了聚焦系統(tǒng)，并作用于目標(biāo)上；極少部分反射光作為測(cè)量光束進(jìn)入合成器，作為光束指向探測(cè)的信號(hào)。
[0008]其中，在圓盤(pán)上開(kāi)有若干偶數(shù)個(gè)軸對(duì)稱圓孔，若干偶數(shù)個(gè)軸對(duì)稱圓孔如具體為6個(gè)圓孔，其中第一平面反射鏡、第三平面反射鏡、第五平面反射鏡是鍍制高反射率膜系的平面反射鏡，第二平面透射鏡、第四平面透射鏡、第六平面透射鏡是鍍制高透射率膜系的平面透射鏡，第一激光器的第一束激光經(jīng)過(guò)鍍有高反射率膜系第一平面反射鏡、第三平面反射鏡、第五平面反射鏡后，99.9%以上的光進(jìn)入了聚焦系統(tǒng)，并作用于目標(biāo)上；極少部分透射光作為測(cè)量光束進(jìn)入合成器，作為光束指向探測(cè)的信號(hào)；第二激光器的第二束激光經(jīng)過(guò)鍍有高透射率膜系第二平面透射鏡、第四平面透射鏡、第六平面透射鏡后，99.5%以上的光進(jìn)入了聚焦系統(tǒng)，并作用于目標(biāo)上；極少部分反射光作為測(cè)量光束進(jìn)入合成器，作為光束指向探測(cè)的信號(hào)。
[0009]其中，在圓盤(pán)上開(kāi)有位置小孔，將光電二極管固定在小孔的兩側(cè)，通過(guò)光電二極管形成的光電信號(hào)被分成兩路，一路直接觸發(fā)第一激光器發(fā)射激光脈沖，此激光脈沖通過(guò)第一平面反射鏡、第三平面反射鏡、第五平面反射鏡鍍制高反射率膜系的平面反射鏡；另外一路光電信號(hào)通過(guò)延時(shí)器觸發(fā)第二激光器發(fā)射激光脈沖，此激光脈沖通過(guò)第二平面透射鏡、第四平面透射鏡、第六平面透射鏡鍍制高透射率膜系的平面透射鏡。
[0010]其中，第一激光器與第二激光器發(fā)射的激光是脈沖激光光束。
[0011]其中，根據(jù)需要可以對(duì)所述合成系統(tǒng)的合成路數(shù)進(jìn)行擴(kuò)展，擴(kuò)展后對(duì)于N路同一波長(zhǎng)的非相干光束合成后其光束能量密度最大可達(dá)原來(lái)的N倍。
[0012]本發(fā)明的原理在于:
[0013]一種光束穩(wěn)定閉環(huán)控制的大功率高精度同波長(zhǎng)脈沖激光光束裝置，包括激光器入射光束、光束傳輸合成系統(tǒng)、以及光束穩(wěn)定控制系統(tǒng)，由于光束穩(wěn)定控制系統(tǒng)已在另外專利中受到保護(hù)，這里僅對(duì)光束多路傳輸合成系統(tǒng)的功能進(jìn)行闡述。以兩路合成為例光束傳輸系統(tǒng)它包括:第一可調(diào)鏡1-1，第二可調(diào)鏡1-5，第一傳輸鏡1-2，第二傳輸鏡1-3，第三傳輸鏡1-6，合成分光組合鏡1-4，聚焦系統(tǒng)1-7，目標(biāo)1-8，第一激光器1-9，第二激光器1_10。第一激光器1-9發(fā)出的光束經(jīng)過(guò)第一可調(diào)鏡1-1和第一傳輸鏡1-2，第二傳輸鏡1-3到合成分光組合鏡1-4。第二激光器1-10發(fā)出的光束經(jīng)過(guò)第二可調(diào)鏡1-5和第三傳輸鏡1-6進(jìn)入合成分光組合鏡1-4。第一激光器1-9發(fā)出的光束大部分能量作為主光束合成分光組合鏡1-4反射出去，極小部分能量作為測(cè)量光束經(jīng)過(guò)合成分光組合鏡1-4透射進(jìn)入合成傳感器
1-11;第二激光器1-10發(fā)出的光束大部分能量作為主光束經(jīng)過(guò)合成分光組合鏡1-4透射出去，極小部分能量作為測(cè)量光束經(jīng)過(guò)合成分光組合鏡1-4反射進(jìn)入合成傳感器1-11 ;所述的合成分光組合鏡1-4是一個(gè)帶有輕薄圓盤(pán)的電機(jī)控制系統(tǒng)，利用軸套2-3、圓柱銷2-7、螺母2-2將圓盤(pán)2-1固定在高速電機(jī)2-4的軸上，高速電機(jī)2-4和光電二極管2_6固定在底座2-5上，工作時(shí)電機(jī)軸帶動(dòng)圓盤(pán)2-1轉(zhuǎn)動(dòng)而高速電機(jī)2-4和光電二極管2-6以及底座
2-5不動(dòng)；在圓盤(pán)2-1上開(kāi)有若干偶數(shù)個(gè)軸對(duì)稱圓孔，以6個(gè)圓孔為例。在6個(gè)圓孔上分別裝有鍍制高反射率和高透射率的平面鏡，其中3-1、3-3、3-5是鍍制高反射率膜系的平面反射鏡，3-2、3-4、3-6是鍍制高透射率膜系的平面透射鏡且鍍制高反射率膜系的平面反射鏡與鍍制高透射率膜系的平面透射鏡交叉排列，即排列順序?yàn)橐粋€(gè)高反射率平面鏡，一個(gè)高透射率的平面鏡，以后依次按這樣的順序排列。第一激光器1-9發(fā)出的第一束光經(jīng)過(guò)反射鏡3-1、反射鏡3-3、反射鏡3-5反射后，99.9%以上的光進(jìn)入了聚焦系統(tǒng)1-7，并作用于目標(biāo)1-8上；極少部分透射光作為測(cè)量光束進(jìn)入合成器1-11，作為光束指向探測(cè)的信號(hào)。第二激光器1-10發(fā)出的第二束光經(jīng)過(guò)透射鏡3-2、透射鏡3-4、透射鏡3-6后，99.5%以上的光進(jìn)入了聚焦系統(tǒng)1-7，并作用于目標(biāo)1-8上；極少部分反射光作為測(cè)量光束進(jìn)入合成器1-11，作為光束指向探測(cè)的信號(hào)。在圓盤(pán)上開(kāi)有位置小孔，將光電二極管2-6固定在小孔的兩側(cè)，光電二極管2-6形成的光電信號(hào)被分成兩路，一路直接觸發(fā)激光器1-9發(fā)射激光脈沖，此激光脈沖通過(guò)反射鏡3-1、反射鏡3-3、反射鏡3-5 ;另外一路光電信號(hào)通過(guò)延時(shí)器觸發(fā)激光器1-10發(fā)射激光脈沖，此激光脈沖通過(guò)透射鏡3-2、透射鏡3-4、透射鏡3-6。此時(shí)這兩路激光脈沖分別通過(guò)合成分光組合鏡1-4上的高反射鏡和高透射鏡合成后對(duì)接反射聚焦系統(tǒng)作用于目標(biāo)上。通過(guò)光電二極管2-6信號(hào)來(lái)控制第一束激光脈沖1-9和第二束激光脈沖
1-10通過(guò)。
[0014]本發(fā)明與現(xiàn)有的技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0015]1、本發(fā)明可以對(duì)同波長(zhǎng)的脈沖激光束進(jìn)行合成，同波長(zhǎng)的脈沖激光光束經(jīng)過(guò)傳輸，在合成分光組合鏡上進(jìn)行合成，并在光束穩(wěn)定控制系統(tǒng)閉環(huán)控制下以較高的精度合成以后，傳輸出去。
[0016]2、本發(fā)明所采用的合成分光組合鏡與現(xiàn)有的合成鏡相比具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，用機(jī)械零件與簡(jiǎn)單的光學(xué)零件取代了價(jià)格昂貴且技術(shù)與精度都要求非常高的光學(xué)鍍膜零件。
[0017]3、本發(fā)明可以在兩路脈沖激光光束合成的基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展，通過(guò)增加同波長(zhǎng)入射激光光束、傳輸鏡、可調(diào)鏡、合成分光組合鏡中的圓盤(pán)結(jié)構(gòu)，使更多路數(shù)的脈沖激光光束實(shí)現(xiàn)光束合成。
[0018]4.本發(fā)明可以確保多路脈沖激光光束具有較高光束合成精度的同時(shí)，具有較高的傳輸效率，且傳輸效率不受多路光束的影響。
【附圖說(shuō)明】
:
[0019]圖1為同波長(zhǎng)脈沖激光光束功率合成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0020]圖2為合成分光組合鏡結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖3為圓盤(pán)上的反射鏡與透射鏡排列示意圖；
[0022]圖4為兩路脈沖激光功率合成時(shí)序圖；
[0023]圖5為兩路脈沖激光觸發(fā)時(shí)序圖。
[0024]圖中:1-1為第一可調(diào)鏡，1-2為第一傳輸鏡，1-3為第二傳輸鏡，1_4為合成分光組合鏡，1-5