[发明专利]内部自组织同位相激励相干合成激光器

说明书

技术领域

本发明涉及一种相干合成激光器，以并联的方式实现高能激光输出，属于高能激光器技术领域。

背景技术

在某些领域需要高能量高功率激光源，如自由空间光通信、大面积动态全息摄影以及大型工业加工、远距离作用等。为此，可以采取多激光器串联、并联的方式来实现这一目的，其中的核心技术措施是增加参与合成的光束数量，但是，这些参与合成的光束彼此必须具有高度的相干性。与本发明有关的一种已知技术由一篇发表于《华中理工大学学报》第25卷第2期题为“多光束相干合成的研究”的文章所公开，见图1所示，其装置由主激光器1、光隔离器2、分束镜3、光栅4及若干从激光器5组成，其中的光栅4选用位相型光栅。主激光器1发射的激光束单向地通过光隔离器2，由分束镜3反射至光栅4，经衍射分束为衍射角不同的多束激光，分别进入每个对应的从激光器5谐振腔中。每个从激光器5相同，所注入的来自主激光器1的激励光光学模式如位相相同，通过相同的微扰作用，使得每个从激光器5发射的激光光学模式相同，再经光栅4耦合，透过分束镜3输出，从而实现多光束相干合成，提供了一种高功率激光源。

发明内容

已知技术存在的问题有，首先，光栅4需要特别设计，理论依据复杂，还需要作优化处理，要求能够完成从零级到±3级的衍射，光栅结构精细，参数精确，因此也使得制作极为困难，如刻线的宽度、深度、距离等极难控制；并且，环境中的振动、大气扰动都会引起位相波动，使合成激光的相干程度降低。其次，光栅衍射级次有限，当衍射级次高于±3级，衍射光强度已不能满足要求，从激光器5的数量受到限制，最多也就是7个，从而也就限制了合成激光功率的提高；另外，因衍射角不同耦合光强度也不同，合成激光能量仍呈高斯分布，不能满足光斑能量分布均匀的要求。第三，每个从激光器5都是一个独立的激光器，在独立于主激光器1的同时彼此独立，因此，该装置所实现的是一种外部合成，这里有两方面含义，一是合成发生在已经从不同从激光器5中发射出来的激光束之间，这一过程只有合成而不再涉及相干性的保持与提高，还会因光栅4的原因导致相干性的降低；二是来自主激光器1的注入光对发生在每个从激光器5谐振腔内部的相干激励作用是分别发挥的，即使精确调试，每个从激光器5也会存在不可避免的差异，因此，输出激光的相干程度受到影响，再有，这种相干激励作用以及谐振并非发生在每个从激光器5和主激光器1之间，从所加入的光隔离器2也可以看到这一点，因此，虽然每个从激光器5的注入光来自同一激光器，但是，其相干激励作用可以说是一次性发挥，位相锁定作用发挥得并不彻底，尚不能最终使得每个从激光器5发射的激光束位相高度一致。为了通过更大幅度增加合成激光束的数量的途径实现高能量激光输出，同时保证合成激光具有高度的相干性，并且光斑能量分布均匀，我们发明了一种内部自组织同位相激励相干合成激光器。

本发明是这样实现的，见图2所示，内部自组织同位相激励相干合成激光器由全反射镜6、相干激励源7、输出耦合镜8、分束合成器9、若干个相同被激励源10以及共同全反射镜11组成；相干激励源7与若干个被激励源10的工作物质相同；全反射镜6位于相干激励源7的一端，与相干激励源7的光轴垂直，输出耦合镜8位于相干激励源7的另一端，与相干激励源7的光轴呈45°角，输出耦合镜8镀透射反射膜；分束合成器9位于输出耦合镜8和若干个被激励源10之间，其光轴与来自相干激励源7的光同轴；共同全反射镜11与分束合成器9光学同轴；若干个被激励源10各自的一个端面12分布在一个圆周13上，见图3所示，并且与分束合成器9相对，圆周13的圆心位于分束合成器9的光轴上，若干个被激励源10各自的另一个端面位于同一平面上，该平面与共同全反射镜11反射面平行。