[实用新型]多光束高占空比合束器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种多光束合束器，尤其是一种高占空比合束器，能够实现任意多光束、多种排列、占空比接近1的光束合成。这种光束合束器可广泛应用于多光束的相干合成、非相干合成以及其它涉及光束合成的领域。

背景技术

随着激光技术的应用领域不断扩大，对激光输出功率和光束质量的要求越来越高，多束中等功率、高光束质量激光的相干合成和非相干合成成为满足这一需求的重要途径。在光束的相干合成和非相干合成中，输出光束的高占空比合成直接影响着最终的合成效果，这里占空比定义为光斑尺寸与光斑排列周期的比值。目前普遍采用将各光束的输出准直系统直接拼接的方法实现合束，由于单一光束的准直输出系统存在镜片支撑装置，导致直接拼接时光束占空比不能做到很高，而且对支撑装置的尺寸要求严格。在本实用新型提出之前，还未见到关于一种可以实现任意多光束合束并且占空比接近1的合束方法的报道。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种可以实现多光束高占空比的合束器。参与合束的光束数目可以任意多，输出光束占空比可达到1，对实验环境和仪器设备没有特殊要求，系统设计简单，性能可靠。

本实用新型的技术解决方案是：该合束器包括基座1和45度高反镜2，其特征在于：基座1包括若干层台阶，每级台阶上设置凹槽。

所述的基座1由硬质材料加工而成，所用材料不限，根据合束时竖直方向上的光束层数设置基座台阶的级数，例如19束光合束时按六边形合束最紧凑，竖直方向的光束有6层，基座台阶的级数就是6；9束光合束时按正方形排列最紧凑，基座台阶的级数就是3；根据竖直方向每两层光束间的距离设置台阶高度H(如图2所示)，根据单光束准直输出系统的横向尺寸和该层光束数目设置每一级台阶的宽度D₂(如图1所示)，具体为：台阶宽度其中，N表示该层光束数目，X表示单光束准直输出系统的横向尺寸，不等式右边第一项的括号表示取整。如图1所示，每级台阶上铣有用于镶嵌45度高反镜的凹槽，凹槽与台阶前端面成45度夹角，每一级台阶上的凹槽数对应该层竖直方向的光束数目，每一级台阶上的凹槽分为层。当该层光束数目为奇数时，台阶最里层凹槽为一层，其余各层均为两层；两凹槽间的距离D₃由里向外以次为1、3、5……倍的光束横向尺寸。当该层光束数目为偶数时，各层凹槽均为两层，两凹槽间的距离由里向外以次为0、2、4……倍的光束横向尺寸。每两层凹槽间的距离D₄大于单光束准直输出系统的横向尺寸X。基座1的宽度D1>2MW,]]>其中M为水平方向上的光束数目最大值，W为光束的横向尺寸。通过移动台阶上凹槽的位置，便可实现光束的多种排列。要求每级台阶间具有较高的平行度，凹槽与台阶平面具有较高的垂直度。所述的45度高反镜2镜面上半部分根据单光束的光斑形状做成如图3所示的半圆形或矩形，镜片左边或右边的厚度方向磨成45度夹角，镜片高度B等于镜片嵌入基座深度与单光束纵向尺寸之和，镜片长度A等于单光束的横向尺寸乘以镜面镀参与合束光束的45度高反膜。

利用台阶状的基座和45度高反镜将光束合成时的纵向拼接和横向拼接解耦，同时压缩光束间的距离，实现多光束高占空比合束。其特点在于：利用台阶状基座将光束的横向拼接和纵向拼接解耦，通过合理设置台阶高度，实现光束在竖直方向上的高占空比合束；利用多层45度高反镜压缩光束在水平方向上的间隔，实现水平方向上的高占空比合束。

本实用新型实现光束合束的实现过程如下：

将45度高反镜片2装到基座1的凹槽上。如图4所示，参与合束的各光束从基座1的两侧入射至45度高反镜2，调节各入射光束，使之与高反镜2成45度夹角且与基座1台阶平行，经反射后输出，输出光斑图样如图5所示，实现了19路光束高占空比合束。

上述思想已经为该实用新型申请人所在实验室进行实验验证，这种组束方法可以实现多路光束的高占空比合束。

采用本实用新型可以达到以下技术效果：

1、本实用新型提供了一种多光束合束器，它利用台阶状基座和45度高反镜实现了光束合成时纵向拼接和横向拼接的解耦，同时压缩了光束间的距离。

2、本实用新型提供的合束器可实现任意多光束、任意排列、超高占空比的合束。