[发明专利]FP腔并合倾斜旋转对称放置的偶数倍多光束的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及光学工程领域，主要是采用FP腔来实现对倾斜旋转对称放置的偶数倍数的多束激光光束并合的装置和方法。

背景技术

在光学工程领域，常采用两大类方法来获得更高能量的激光光束，一类是从激光器本身出发，通过设计各种新型的激光器或改进制造激光器的各个组成部分，从而获得更高的能量输出；另一类是通过对已有激光光束进行合并。对已有激光光束进行合并的方法可以充分利用现有技术和设备，从而实现资源的合理再利用。对已有激光光束进行合并的方法包括MOPA系统、缺角棱镜合束、透镜组束等等，这些方法存在的缺陷可以归为两类，第一是由于采用光学元件较多，因此，能量损失较大；第二是为了最求更高能量，光束并合位置光斑较小，因而可以使用的距离范围有限。

发明内容

本专利针对上述现象发明的适宜旋转对称倾斜放置的激光光束的合并的方法和装置，目的在于构建和提供一种通过FP腔的合理设置和多束激光光束合理放置的方式对多光束进行合成。本发明的装置采用两平行放置的镀膜平行平板构成FP腔以及输出光束倾斜入射FP腔的彼此间旋转对称放置的多个激光器。合理设计FP腔的参数以及入射FP腔的光束参数，可以实现对输出光束合理调控、有效合并。本发明采用的合束光学元件只有一个FP腔，光学元件少，能量损失小；而且，本发明由于采用FP腔，继承了FP腔在满足相长干涉时具有多光束干涉的特点，因而输出光束的能量损失小；本发明由于入射光束倾斜入射，该入射光束经FP腔多次透射，出射光束光斑变长，从而增加了各出射光束之间的重叠面积，可以使用的光束并合的有效距离较大；本发明由于入射光束旋转对称放置，入射光束束为偶数，每一束入射光束及其透射光束均有相对于光轴成180°对称的自己的镜像光束，合理设置透射光束和其镜像光束的位置，可以实现并合光束光斑强度较为均匀。该发明可以实现小功率合并也可以实现中高功率合并；可以实现显著提高能量，也可以实现并合光束的匀化。本发明实现的合并可以用于需要更高功率特殊波长的激光光动力医学、对光束偏振性和相干性要求不高的工业应用等需要简单方式即可以获得大功率大光斑的地方。

本发明的目的是由以下措施实施的：设置两块镀膜平行平板，正对平行放置，构成FP腔，设置一激光器的输出光束为模型光束倾斜入射FP腔，调节入射角、FP腔两极板间的间距、接收屏到FP腔第二块极板间的间距，得到经FP腔多次透射的输出光束的场分布，根据多光束干涉原理，得到输出光束的强度分布，由于透射的输出光束实际上由多次出射光束构成，根据彼此相邻光束间距与入射角、FP腔两极板间的间距以及接收屏到第二块极板间的间距的关系，通过调节各种参数，根据需要得到输出光束的合理分布，设置其余激光器的输出光束与模型光束一共为偶数束光束，且绕垂直于FP腔的光轴z轴旋转对称放置，因此，各倾斜的旋转对称分布的入射光束经FP腔后的透射光束的叠加，可以看做是由模型光束经FP腔后的多次出射构成的透射光束绕光轴旋转相应角度叠加后构成。其中每一束入射光束和其透射光束均有自己的相对于光轴z轴成180°对称放置的镜像光束，合理设置该透射光束和其镜像光束之间的镜像点，可以得到较为均匀的输出光斑强度分布。

FP腔的极板材料以及镀膜材料均应与该入射激光波长相适应。

附图说明图1为FP腔并合多束倾斜旋转对称分布激光光束的装置示意立体图，图2为激光器及激光器底部调节支架的背面示意图，图3为激光器及激光器顶部调节支架的正面示意图，图4为模型光束经FP腔的光路与光轴关系的纵剖面示意图，图5为模型光束的经FP腔后的模型透射光束的强度分布及每次透射强度峰，图6为模型光束的经FP腔后的模型透射光束光强分布和其镜像模型透射光束光强分布及其它们的强度叠加图。