[发明专利]一种共孔径混合光束合成系统

说明书

技术领域

本发明属于强激光领域，特别是涉及基于偏振相关型双色镜和偏振合束器的共孔径混合光束合成系统。

背景技术

受限于热效应、非线性效应、高亮度泵浦技术等因素，单路激光的输出功率不可能无限提升。为了克服单路激光功率提升的瓶颈，国内外研究人员提出了光束合成技术，并且已经应用到气体激光、化学激光、半导体激光、全固态激光等领域。

目前，从合成方式上，光束合成技术大体可以分为三种：相干合成、非相干合成和光谱合成；从合成形式上，光束合成技术可以分为分孔径合成(分孔径相干合成、非相干合成)和共孔径合成(共孔径相干合成、光谱合成)两种形式。综合而言，相干合成技术(分孔径、共孔径相干合成技术)对单路光束特性(线宽、偏振、功率一致型、波前分布等)的要求要比非相干合成和光谱合成严格，且相干合成技术需要复杂的主动锁相或被动锁相过程，因此其系统结构相对复杂、实现难度相对较大。此外，从系统稳定性而言，非相干合成和光谱合成的系统稳定性优于相干合成。然而，与非相干合成相比，光谱合成又体现出一些特有的优势。具体而言，非相干合成技术从理论上只能提升整个系统的输出功率，而无法提升系统的亮度，而光谱合成技术在提升系统输出功率的同时，整个系统的亮度也会随之提升。因此，从合成系统的亮度提升能力、实现方式的复杂性、稳定性等各方面综合考虑，光谱合成技术具有其独特的优势。实际上，随着光栅等色散元件设计制作工艺的不断提升，光谱合成作为一种重要的共孔径合成方式，目前已经得到了迅猛的发展。以光纤激光光谱合成的发展历程为例：从2006年至2014年，光纤激光光谱合成已经实现了从十瓦级到万瓦级的飞跃。值得注意的是：目前高功率的光谱合成系统大都基于光栅(体布拉格光栅或电解质光栅)进行光谱合成。由于光栅本身对入射光束波长具有一定的要求，因此，基于光栅的光谱合成系统对单路光源的谱宽要求相对较高，限制了其应用范围。具体而言，对于电介质光栅，由于入射激光波长需要满足光栅衍射方程，因此，单路光源的谱线展宽会导致光束质量的退化^]。而对于体布拉格光栅而言，由于入射的激光波长需要满足布拉格条件，因此，单路光源谱线的展宽会导致合成效率的降低；与光栅相比，采用双色镜进行光谱合成时，由于没有采用光栅进行光谱合成理论上的局限性，因此，通过合理的镀膜设计，谱线的适当展宽并不会引起合成效率的降低和光束质量的退化。然而，完全采用双色镜进行光谱合成，谱线展宽必然会导致可合成路数的减少。此外，对于双色镜本身而言，要想实现完全的偏振非相关(即s光和p光的反射-透射谱完全一致),在工程实现上具有很大的难度。

发明内容

针对现有技术采用光栅和双色镜进行光谱合成的不足，本发明的目的是提供一种共孔径混合光束合成系统，以解决采用光栅进行合束时谱线展宽引起的合成效率降低或光束质量退化，弥补采用单纯双色镜进行光谱合成时路数拓展受限等不足，实现多链路的共孔径光束合成。

一种共孔径混合光束合成系统，该系统是基于偏振相关型双色镜和偏振合束器的共孔径混合光束合成系统，首先对本发明所用关键器件特性进行说明：