激光光譜功率合成系統(tǒng)及方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及激光光譜功率合成領域，具體而言，涉及一種激光光譜功率合成系統(tǒng)及方法。
【背景技術】
[0002]連續(xù)波工作的高品質高平均功率激光在工業(yè)、國防和科研領域具有重要的應用價值。光纖激光器具有高效率、結構緊湊、高激光光束質量、柔性傳輸、散熱良好、光譜范圍寬和免維護等優(yōu)勢，在諸多激光應用領域開始廣泛采用。然而，受限于光纖中非線性效應和可注入的栗浦源亮度等因素，單臺光纖激光器輸出功率有限，僅有數千瓦。在需要更高功率的應用場景，采用多臺光纖激光器進行功率合成是必然選擇。具體的技術途徑包括幾何并束、相干合成和光譜合成。幾何并束在技術上最容易實現(xiàn)，但是激光光束質量差，不適用于對激光光束品質要求較高的場合。相干合成可以得到較好的激光光束質量和峰值光強，但是對單臺光纖激光器的要求苛刻，導致單臺激光器輸出功率受限嚴重，要獲得較大的功率需要的系統(tǒng)規(guī)模龐大，技術難度最高。相比而言，光譜合成技術難度適中，激光光束質量也能夠得到保證，是目前最有潛力的功率合成方法。光譜功率合成方法的原理是利用色散介質(比如多層介質膜光柵或者體布拉格光柵等)的光譜色散效應，將精確設計的工作在摻雜光纖增益帶寬內不同波長的多臺窄線寬激光器的激光光束合成一束而保持激光光束質量不劣化或者劣化較小，從而實現(xiàn)共孔徑的功率和光強的提升。
[0003]光譜功率合成方法需要精確控制單臺光纖激光器的中心波長和線寬，目前的單臺光纖激光器輸出的中心波長和線寬控制方法主要有兩種，一種是采用單頻激光器加相位調制光譜展寬的方法，另一種是利用基于窄線寬光纖布拉格光柵對的振蕩器來控制。
[0004]但是，基于單頻激光器加相位調制光譜展寬的方法的光源系統(tǒng)復雜，成本高，不適宜用于大規(guī)模系統(tǒng)，而光纖布拉格光柵對制作的不一致性易導致光譜失配和激光光束質量劣化。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種激光光譜功率合成系統(tǒng)及方法，以有效提高現(xiàn)有的光譜功率合成的激光光束質量以及有效降低現(xiàn)有的光譜功率合成系統(tǒng)的成本。
[0006]第一方面，本發(fā)明實施例提供了一種激光光譜功率合成系統(tǒng)，包括:光譜功率合成模塊、光采樣器和多個光源模塊，所述多個光源模塊均與所述光譜功率合成模塊耦合，所述光譜功率合成模塊與所述光采樣器耦合，所述光采樣器分別與所述多個光源模塊耦合；
[0007]所述多個光源模塊用于分別產生激光光束；
[0008]所述光譜功率合成模塊用于將多個所述光源模塊產生的激光光束合成為一個激光光束；
[0009]所述光采樣器用于對所述光譜功率合成模塊輸出的激光光束進行取樣，獲得所述光譜功率合成模塊輸出的激光光束中強度屬于預定區(qū)域的激光光束，將所取樣獲得的激光光束分別反饋至所述多個光源模塊；
[0010]每個所述光源模塊用于根據所獲得的反饋激光光束調整輸出激光光束的波長和線寬。
[0011]結合第一方面，本發(fā)明實施例還提供了第一方面的第一種可能實施方式，其中，還包括:取樣分光鏡，所述光譜功率合成模塊與所述取樣分光鏡耦合，所述取樣分光鏡的取樣輸出端與所述光米樣器親合；
[0012]所述取樣分光鏡用于將所述光譜功率合成模塊輸出的激光光束分出一束子激光光束，將所述子激光光束由所述取樣輸出端輸入所述光采樣器，其中，所述子激光光束與所述光譜功率合成模塊輸出的激光光束的參數特性一致；
[0013]所述光采樣器具體用于對所述子激光光束進行取樣，獲得所述子激光光束中的強度屬于預定區(qū)域的部分激光光束，將所取樣獲得的激光光束分別反饋至所述多個光源模塊。
[0014]結合第一方面或第一方面的第一種可能實施方式，本發(fā)明實施例還提供了第一方面的第二種可能實施方式，其中，所述激光光束的強度屬于預定區(qū)域包括以所述激光光束的中心波長為中心以預設帶寬為寬度而劃定的所述激光光束的強度最高區(qū)域。
[0015]結合第一方面的第二種可能實施方式，本發(fā)明實施例還提供了第一方面的第三種可能實施方式，其中，所述光源模塊包括光纖激光振蕩器和光功率放大器，所述光纖激光振蕩器與所述光功率放大器親合，所述光功率放大器與所述光譜功率合成模塊親合，所述光采樣器與所述光纖激光振蕩器耦合；
[0016]所述光纖激光振蕩器用于產生低功率光源，并根據所獲得的反饋激光光束調整輸出激光光束的波長和線寬；
[0017]所述光功率放大器用于對所述光纖激光振蕩器輸出的低功率光源進行功率放大。
[0018]結合第一方面的第三種可能實施方式，本發(fā)明實施例還提供了第一方面的第四種可能實施方式，其中，還包括光纖分束器，所述光采樣器與所述光纖分束器耦合，所述光纖分束器分別與多個所述光纖激光振蕩器親合；
[0019]所述光纖分束器用于將所述光采樣器輸出的反饋激光光束分成多個相同的反饋子激光光束，向每個所述光纖激光振蕩器輸入一個反饋子激光光束。
[0020]結合第一方面的第四種可能實施方式，本發(fā)明實施例還提供了第一方面的第五種可能實施方式，其中，還包括第一能量傳輸光纖，所述光采樣器通過所述第一能量傳輸光纖與所述光纖分束器親合。
[0021]結合第一方面的第五種可能實施方式，本發(fā)明實施例還提供了第一方面的第六種可能實施方式，其中，還包括第二能量傳輸光纖，所述第二能量傳輸光纖與所述光纖激光振蕩器數量相同，所述光纖分束器通過所述第二能量傳輸光纖與每個所述光纖激光振蕩器耦入口 ο
[0022]第二方面，本發(fā)明實施例還提供了一種激光光譜功率合成方法，應用于激光光譜功率合成系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:光譜功率合成模塊、光采樣器和多個光源模塊，所述多個光源模塊均與所述光譜功率合成模塊耦合，所述光譜功率合成模塊與所述光采樣器耦合，所述光米樣器分別與所述多個光源模塊親合，所述方法包括:
[0023]所述多個光源模塊分別產生激光光束；
[0024]所述光譜功率合成模塊將多個所述光源模塊產生的激光光束合成為一個激光光束；
[0025]所述光采樣器對所述光譜功率合成模塊輸出的激光光束進行取樣，獲得所述光譜功率合成模塊輸出的激光光束中強度屬于預定區(qū)域的激光光束，將所取樣獲得的激光光束分別反饋至所述多個光源模塊；
[0026]每個所述光源模塊根據所獲得的反饋激光光束調整輸出激光光束的波長和線寬。
[0027]結合第二方面，本發(fā)明實施例還提供了第二方面的第一種可能實施方式，其中，所述系統(tǒng)還包括:取樣分光鏡，所述光譜功率合成模塊與所述取樣分光鏡耦合，所述取樣分光鏡的取樣輸出端與所述光采樣器耦合；
[0028]所述光采樣器對所述光譜功率合成模塊輸出的激光光束進行取樣，獲得所述光譜功率合成模塊輸出的激光光束中強度屬于預定區(qū)域的激光光束，將所取樣獲得的激光光束分別反饋至所述多個光源模塊，包括:
[0029]所述取樣分光鏡將所述光譜功率合成模塊輸出的激光光束分出一束子激光光束，將所述子激光光束由所述取樣輸出端輸入所述光采樣器，其中，所述子激光光束與所述激光光束的參數特性一致；
[0030]所述光采樣器對所述子激光光束進行取樣，獲得所述子激光光束中的強度屬于預定區(qū)域的部分激光光束，將所取樣獲得的激光光束反饋至所述多個光源模塊。
[0031]結合第二方面或第二方面的第一種可能實施方式，本發(fā)明實施例還提供了第二方面的第二種可能實施方式，其中，所述激光光束的強度屬于預定區(qū)域包括以所述激光光束的中心波長為中心以預設帶寬為寬度而劃定的所述激光光束的強度最高區(qū)域。
[0032]本發(fā)明實施例，每個光源模塊產生的光源的波長和線寬不同，因此，通過光譜功率合成模塊將多個所述光源模塊產生的激光光束合成為一個激光光束時，使得不同的波長在空間上分開，其中，合成激光光束的強度最高區(qū)域表示各光源模塊產生的激光光束重疊度最高的區(qū)域，也即對應各光源模塊產生的激光光束的中心波長和線寬，通過光采樣器用于對所述光譜功率合成模塊輸出的激光光束進行取樣，獲得所述光譜功率合成模塊輸出的激光光束中強度屬于預定區(qū)域的激光光束，其中，所述強度屬于預定區(qū)域可以為以中心波長為中心的具有一定線寬的區(qū)域。再將所取樣獲得的激光光束分別反饋至所述多個光源模塊，每個所述光源模塊用于根據所獲得的反饋激光光束調整輸出激光光束的波長和線寬，因此，能夠改變光源模塊的中心波長和線寬，實現(xiàn)光纖激光振蕩器的工作狀態(tài)向改善合成激光光束質量的方向變化并自動鎖定。
[0033]現(xiàn)有技術的光譜功率合成系統(tǒng)中，對光柵對的中心波長和線寬精度要求很高，制造困難，且在使用過程中由于溫度漂移和震動的影響需要進行實時反饋控制而導致的系統(tǒng)復雜，因此，與現(xiàn)有技術的光譜功率合成系統(tǒng)相比，基于采樣反饋的激光光譜功率合成方法，有效避免了光纖布拉格光柵對制作的不一致性易導致光譜失配和激光光束質量劣化的缺陷，有效提高了合成激光光束的質