[发明专利]高占空比类卡塞格林型光束合成装置

说明书

技术领域

本发明提供一种多光束、高占空比、紧凑型光束合束器的设计方法，能够实现多路平行光束的高占空比拼接。这种紧凑型光束合束器的设计方法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

随着激光技术应用领域的不断扩大，对激光输出功率和光束质量的要求越来越高。在诸多领域，单路激光的功率、亮度已不能满足应用需求。将多束激光进行相干合成、非相干合成是提升激光亮度、功率的重要途径。在光束的相干合成和非相干合成中，输出光束排布的占空比对最终合成效果有十分重要的影响。此处，定义占空比为光束尺寸与光束排列周期的比值；定义缩束比为入射光束的占空比与出射光束的占空比的比值。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较低，而且对支撑装置的尺寸要求苛刻。迄今还未见到可以实现任意多路平行光束高占空比拼接、结构紧凑、工艺简单，易于装配调试的合束方法的报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以实现多光束高占空比类似卡塞格林型的拼接的合束器的设计方法。该光束合成装置由两套反射镜组成，分立的入射反射镜与集成的出射反射镜。各反射镜均为平面镜，其中心排布在旋转抛物面上，镜面的法线方向为旋转抛物面在该处的法线方向；两套反射镜空间排布成卡塞格林光束变换系统。

光束合成装置由两套反射镜构成，在同一块基体上加工而成出射反射镜和分立的入射反射镜，两套反射镜构成卡塞格林光束变换系统，结构紧凑、稳定；分立的入射反射镜的位置、角度可以调整，一方面可以随时校准，另一方面可以通过调节镜面角度实现合成光束的共形发射。

各个出射反射镜在同一块基体上研磨、抛光、镀膜而成；将垂直于基体轴线方向的密接正六边形阵列沿轴线方向投影到基体上，将正六边形的六个顶点的投影点所在的平面研磨出来即可，一方面采用现代数控加工工艺很容易实现，另一方面出射光束的占空比即为光束尺寸与相邻正六边形之间的距离的比值，可将占空比提高到很高的水平。

在三维空间直角右手系中，设各个入射反射镜位于旋转抛物面I上，其中心的坐标分别为(x′₁，y′₁，z′₁)，(x₂′，y₂′，z₂′)，……，(x_n′，y_n′，z_n′)；各个出射反射镜分布在旋转抛物面II上，其中心的坐标分别为(x₁，y₁，z₁)，(x₂，y₂，z₂)，……，(x_n，y_n，z_n)。旋转抛物面I、II的曲面方程分别为

旋转抛物面Iy2+z2=-2p′(x-p′-p2);]]>(p’为抛物面焦点到准面的距离)    (1)

旋转抛物面II y²+z²＝-2px；(p为抛物面焦点到准面的距离)    (2)

两个旋转抛物面关于X轴旋转对称，并且共焦点于图1给出了p’＝6，p＝2的情况下，在XOY平面内合束器的示意图。

入射反射镜和出射反射镜在YOZ平面内等间隔排布，排布周期分别为T₁，T₂，即：