[发明专利]脉冲激光器偏振合束装置

说明书

技术领域

本发明涉及脉冲激光器偏振合束装置，属于激光技术领域。该装置采用偏振相干合束的方法，控制两路脉冲激光的相对相位，实现线偏态的高功率脉冲激光输出。

背景技术

高功率脉冲激光在激光武器、激光交汇对接、激光火控系统等军事领域具有重要的应用前景。尽管大功率的化学激光器、固体激光器已能实现武器量级的高能激光输出，但其亮度、成本、体积、光束质量和可靠性仍不能满足应用要求。大功率的光纤激光器因其体积小、稳定性高、光斑质量好等特点，成为目前技术进展最快，也是未来最适合安装在卫星、飞机等平台上的高能激光器。然而，输出功率仍然是限制光纤激光器向武器化发展的最大瓶颈。为获得更高的输出功率，发展了将多个光纤激光器合成的方案，即激光合成技术。采用该技术，不仅能极大提高激光器的输出功率和亮度，而且也避免了单个光纤激光器为提高功率而工作在极限的情况，保证高功率脉冲输出性能的稳定和可靠。

脉冲合成技术可分为非相干合束和相干合束两大类，其中，非相干合束是指各个激光器的输出通过光学元器件合成一束，合束后波矢相同，但各个光纤激光器之间没有相位上的关系，目前常见的有光谱合束技术和并联合束技术。非相干合束能使N个激光器的总激光功率和光强提高N倍，但光束质量差，对关键合束器件的要求高，加工难度大，仅能用在焊接、切割等对激光光束质量要求较低的场合。

相干合束技术能保证各个子激光器同相位输出，获得高功率高亮度的脉冲激光，在军事、科研上有非常巨大的应用潜力。目前常用的方法有主动锁相的MOPA(Master oscillator power amplifier)合束技术，利用消逝场作用的耦合器自调整锁相合束技术、多芯光纤相干合束技术，和采用宽谱带增益介质、低Q值谐振腔自成像聚焦腔合束技术。主动锁相的MOPA技术结构复杂，对光-电-光相位探测和补偿系统的精度和稳定度都要求很高；利用消逝场耦合的合束技术不需要相位控制，完全依靠系统本身的倏逝波耦合被动调相，随机性大，难以定标至多个激光器的相干合成；自成像聚焦腔技术对增益介质的长度、谱带，谐振腔的损耗值均有严格要求，限制了其应用。

发明内容

为解决上述现有技术中存在的问题，本发明提出一种脉冲激光器偏振合束装置，该装置稳定，可扩展性强，该装置采用偏振检测的方法检测两路激光的相对相位，并能实现多束相干光的同轴合成，合成效率高，光束质量好。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种脉冲激光偏振相干合束装置，包括输出一路种子光的脉冲激光器，将种子光分成n束子种子光的输入分束器，对n束子种子光分别进行功率放大的n个激光放大器，对n个激光放大器输出的n束激光进行n-1次两两偏振同相位合束的n-1个偏振相干合束单元，所述n为大于等于2的自然数；每个偏振相干合束单元包括对一路激光放大器输出的激光或合束后的光进行偏振控制的第一偏振控制器，对另一路激光放大器输出激光或合束后的光进行偏振控制的第二偏振控制器，以及将第一偏振控制器和第二偏振控制器调整的偏振态互相垂直的两路激光进行脉冲相干合成的偏振合束器，在其中一个偏振控制器所在的光路上设置有相位控制模块，在偏振合束器输出端连接有输出分束器，输出分束器的强光输出端作为偏振相干合束单元的输出端，输出分束器的弱光输出端的输出光射入到驱动相位控制模块使两路激光的相位一致的相对相位检测模块上。

所述脉冲激光器为固体或者全光纤脉冲激光器，激光器的中心波长为1030、1064、1550nm，激光器的重复频率为20kHz-100MHz，激光器的平均功率为几十毫瓦到数百瓦，激光器的脉冲宽度是纳秒、皮秒、飞秒。

所述激光放大器为单极或者多级放大器。

所述激光放大器为固体或者全光纤激光放大器，当所述激光放大器为全光纤激光放大器时，其包括有半导体泵浦激光器，波分复用器，第一增益光纤，所述全光纤锁模激光器和半导体泵浦激光器分别与波分复用器的两个输入端连接，波分复用器输出端通过增益光纤后作为整个放大器的输出端。

所述偏振控制器为半波片或者波片组合结构。

所述相位控制模块是空间光调制器或声光调制器或铌酸锂相位调制器。