[发明专利]一种基于双光栅的波长可调谐激光相干合束系统

说明书

技术领域

本发明涉及激光合束技术领域，尤其涉及一种基于双光栅的波长可调谐激光相干合束系统。

背景技术

提高激光光源的平均亮度是激光技术领域的一个重要目标，实现平均亮度提高的一个重要手段就是提高激光器输出功率。由于激光器的效率问题，提高激光输出功率必将产生大量的热，成倍增加的热量造成的各种热效应又限制了光束质量，降低了平均亮度。另一个重要手段就是提高光束质量，因而在自适应光学产生后，许多提高光束质量的技术，如自适应谐振腔、光束净化、相位共轭和对大气效应的自适应补偿等在提高光束质量方面得到了许多应用，但随着输出功率的进一步增加，这些单孔径自适应光学技术也正在受到热的挑战。因而散热和大功率这一对矛盾已经成为提高传统结构激光器平均亮度的最大障碍。

自从半导体激光诞生以来，随着材料生长技术，器件结构优化设计以及工艺水平的不断提高，大功率半导体激光以其效率高、体积小、重量轻、寿命长、运转可靠、电泵浦等优势，在各个领域得到了广泛的应用。但由于光束发散角度大、热损伤等物理机制的限制，单只激光器的平均亮度仍然受限。为实现更高的亮度输出，必须在保持良好的光束质量的同时提高激光输出功率。

传统的激光合束技术是偏振合束，它是利用偏振棱镜将偏振方向相互垂直的两束光加以合成，其优点是结构简单，容易实现，但其合成光束数量有限，很难在保证高光束质量的前提下进一步提高激光能量，而且合成后的光束失去线偏振特性，无法进一步进行光束合成。另一种技术途径是光谱合束技术，即利用光栅的色散反馈使各单元激光器锁定在不同波长的单纵膜激射状态，同时实现多波长的光束合成，其优点是光束质量好，合束效率高，但合成光束的光谱是多波长的，并且光栅的色散本领和半导体激光器的增益谱共同限制了单元激光器的数量。

激光相干合束是一种比较新颖的方法，即激光器采用多模块结构，利用自适应光学技术，控制各单元激光器输出光束的相位达到锁相输出，实现光束的相干合成。相干合束的意义在于:一方面，在保持光束质量的同时，提高了输出光束的功率，实现了亮度的提高，实现了远距离传输；另一方面，模块化的结构，分散了热效应，克服了高热量造成大功率激光器平均亮度下降的主要影响因素。因而，相对于大功率半导体激光体系结构而言，基于相干合成的新型体系结构可以解决高功率和散热量两个难题，已经成为高能激光技术发展的重要方向。

发明内容

为了解决现有技术存在的偏振合束的合成光束数量少，出射光失去线偏振特性，光谱合束系统多波长工作等技术问题，本发明提供一种基于双光栅的波长可调谐激光相干合束系统。

本发明解决技术问题所采取的技术方案如下：

一种基于双光栅的波长可调谐激光相干合束系统包括：半导体激光器线阵、第一透镜、达曼光栅、第二透镜、光阑、第三透镜、闪耀光栅和光栅旋转装置；第二透镜、光阑和第三透镜组成空间滤波器，闪耀光栅固定在光栅旋转装置上；半导体激光器线阵发出的一组平行激光束经第一透镜会聚到达曼光栅，达曼光栅对光束合成，空间滤波器将合成光束中的0阶光滤出，并作为1级入射光与闪耀光栅组成利特罗结构，1级方向反射光沿原光路反馈到达曼光栅，经达曼光栅分束后注入到半导体激光器线阵的各发光单元中，对波长与相位共同锁定，实现相干合束。

上述半导体激光器线阵为F-P半导体激光器线阵，各发光单元等间距排列；激射光的线偏振方向沿着外延方向，或者垂直于外延方向并加上半波片将偏振方向旋转90度；半导体激光器线阵的后腔面镀有高反膜，前腔面镀有增透膜，发光端面粘合一维准直微透镜阵列。

上述半导体激光器线阵可以采用其它带准直的多路半导体激光器结构，例如由多只单管半导体激光器构成。

上述达曼光栅为一维周期结构，分束比与半导体激光器线阵的发光单元数匹配，并且为等功率等分束角度设计。

上述闪耀光栅的一级闪耀波长与半导体激光器线阵的激射波长相匹配，或者在半导体激光器线阵的增益谱范围内，这样在外腔中才能形成谐振。

上述光栅旋转装置包括压电陶瓷旋转基座和控制电路，控制电路与压电陶瓷旋转基座相连，其用于给压电陶瓷旋转基座提供电源，并通过微调电压使压电陶瓷旋转基座协同闪耀光栅一起旋转，从而实现入射闪耀光栅的光束角度的微调。

本发明的有益效果是：该系统工作在单一波长，同时具有波长可调谐的功能；合束效率高，光束质量好；在实际应用中可以根据需要增减合束激光单元的数量，配置具有灵活性。

附图说明

图1为本发明基于双光栅的波长可调谐激光相干合束系统的结构示意图。