[发明专利]一种方向可控激光器系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种方向可控激光器系统，特别是一种全光纤新型组合式激光系统。此外， 本系统可以实现基于光学相控阵激光技术的快速灵活的光束方向驱动，其驱动角度范围大， 而且驱动角度连续。

背景技术

根据工业、军事等领域的需求，激光器未来的发展趋势是：高能量、高光束质量、高效 率、灵活紧凑。然而，随着泵浦功率的增加，高功率的固体激光器存在热透镜效应、光纤激 光器存在非线性效应和损伤阈值，因此其发展空间均存在一定极限。考虑到体积小、效率高、 价格便宜的半导体阵列激光器的阵列单元可以扩展，有效提高激光器系统功率；光纤的传输 模式好、损耗低。为此，预计新一代激光器的发展趋势是：半导体-全光纤组合式激光系统。 目前激光束方向的驱动主要有两种方式。一种是传统的机械控制，其结构简单，但方向转变 速度慢、不灵活；另一种是光学相位阵列控制，当光通过相移器时，相移器的每个阵列单元 的相位被调制，从而实现某一特定方向的激光输出，为了避免不需要的栅瓣，需要阵列单元 间距小于但是由于要考虑到各移相器电极边缘效应影响调制单元电中性、相邻单 元电场互相影响、相邻光场干扰电场，再加上电极之间绝缘的要求和制造工艺的限制，阵列 单元间距很难达到上述要求，从而使驱动角度的范围受到一定限制（在发明内容中将详述）。 专利us20050201492-A1中，该相控阵激光系统采用LC做相移器、外差检波反馈实现相位 控制，其输出功率高、工作稳定，但驱动角度准连续、角度驱动最大不超过45度。专利 WO9924866-A中，ZHUY，ZHUR等人提出依据一定统计规律，使阵列单元不规则排列， 这样可使部分阵列单元间距增加，由于单元不规则排列，使旁瓣转化为噪声从而突出主光束， 此方法对加工工艺起到改善作用，但对光学相控阵技术的研究没有本质性的突破。此外，光 学相控阵由于单元数目多，因此控制系统庞大，结构复杂，在辐射孔径几何尺寸和阵列单元 数目一定时，为了减少控制线，TerryA.Dorschner等人提出将孔径阵列分成子阵列，并使子 阵列相应阵列单元的控制线并联，实现“fine/coarse”光束驱动方法，但此方法光束驱动角 度范围小、驱动角度不连续。根据以上分析，本发明将设计一种基于相控阵原理的新型光束 驱动系统,以实现光束大角度且连续驱动。

发明内容

本发明据此提出一种半导体阵列激光器作光源、光纤拉锥阵列作波导的组合式激光系 统，实现了激光光束方向驱动的功能。

为了获得大角度且连续驱动的激光束，本发明公开了一种相控阵激光器系统。由激光源、 波导和耦合输出镜构成一种新型组合式激光器，通过自调节锁相，可以获得高光束质量、大 孔径的高功率激光输出；在此基础上，使用相位控制系统，可以实现对光束方向的驱动控制。

本发明采用如下有技术方案：

一种方向可控激光器系统包括依次连接的激光源、波导、相位控制系统。

所述的激光源包括：半导体激光器阵列1，为本系统提供光源，其中每个发光单元镀增 透膜；微透镜阵列2，将半导体激光器阵列1的发光单元发出的光整形并耦合进光纤。

半导体激光器阵列1主要由半导体激光器构成，而半导体激光器辐射出的激光分为快轴 和慢轴，其中平行PN结的方向为慢轴方向，垂直PN结的方向为快轴方向，快、慢轴光束特 性不同。其中快轴光束质量较好，但发散角较大，通常为30°～60°（全角）；而慢轴光束 质量不好，发散角通常为10°～20°（全角）。为了在传输过程中，更有效的对光进行控制， 采用微透镜阵列2（其结构分三个部分，即快轴准直、慢轴准直、聚焦）作为准直聚焦系统， 半导体激光阵列1发出的激光束，经过微透镜阵列2，首先进行快轴准直和慢轴准直，然后 聚焦，使光束质量均匀化，最后，经过处理后的激光束耦合进光纤拉锥阵列。

所述的波导是针对本发明研制的光纤拉锥阵列。由于光纤柔韧度好、易整合成各种阵列 形式、传输损耗低、不改变光束性质（光束质量），因此选作光波导，并根据本发明原理进 行特别加工处理（光纤拉锥）。所述的光纤拉锥阵列包括依次连接的对准段Ⅰ、拉锥集束耦 合段Ⅱ和拉锥重排段Ⅲ。

对准段Ⅰ