[发明专利]相干合束系统和方法

说明书

本发明提供了一种相干合束系统和方法，包括激光器阵列以及依次位于激光器阵列出光光路上的聚焦透镜、亚波长光栅、空间滤波器和耦合镜；激光器阵列用于出射平行的多束激光；聚焦透镜用于将多束激光会聚至亚波长光栅上；亚波长光栅用于将多束激光合成一束光，将耦合镜的反射光分成多束光并分别反馈至激光器；空间滤波器用于过滤合成的一束光中的高级次衍射光，透射合成的一束光中的零级次衍射光；耦合镜用于输出部分零级次衍射光，并将部分零级次衍射光反射至亚波长光栅。由于亚波长光栅的耦合效率比达曼光栅的耦合效率高，因此，可以提高系统的耦合效率；并且，由于亚波长光栅的周期小、衍射角大，因此，可以使得系统的体积较小。

技术领域

本发明涉及激光合束技术领域，更具体地说，涉及一种相干合束系统和方法。

背景技术

由于半导体激光器具有体积小、重量轻、寿命长以及光电转换效率高等诸多优点，因此，半导体激光器在空间通信、遥感、激光加工和军事国防等领域有着广泛且重要的应用。

但是，由于单个半导体激光器件的功率较低、发散角较大，因此，需要通过合束技术将多个半导体激光器件输出的光束合成一个光束，来提高激光的输出功率。虽然现有的合束技术有空间合束、波导合束、光谱合束和相干合束等，但是，由于相干合束技术能够在保证光束质量的同时，提高输出光束的功率，因此，相干合束技术已经成为激光合束领域的重要发展方向。

现有的激光相干合束系统尤其是红外波段的激光相干合束系统大多采用达曼光栅来实现光束的耦合。但是，由于达曼光栅的衍射效率在77％左右，而光栅的耦合效率一般会小于衍射效率，因此，会导致相干合束系统的耦合效率较低。并且，由于达曼光栅的周期较大，衍射角较小，因此，会导致相干合束系统的体积较大，不便于使用。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种相干合束系统和方法，以解决现有的相干合束系统耦合效率低以及体积大的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种相干合束系统，包括激光器阵列以及依次位于所述激光器阵列出光光路上的聚焦透镜、亚波长光栅、空间滤波器和耦合镜；

所述激光器阵列包括多个激光器，用于出射平行的多束激光；

所述聚焦透镜用于将所述多束激光会聚至所述亚波长光栅上，并使所述激光器出射的激光的传播方向与所述亚波长光栅上相应级次衍射光的传播方向相同；

所述亚波长光栅位于所述聚焦透镜的焦平面处，用于将所述多束激光合成一束光，将所述耦合镜的反射光分成多束光并分别反馈至所述激光器，以锁定所述激光器的波长和相位；

所述空间滤波器用于过滤所述合成的一束光中的高级次衍射光，透射所述合成的一束光中的零级次衍射光；

所述耦合镜用于输出部分所述零级次衍射光，并将部分所述零级次衍射光反射至所述亚波长光栅。

优选的，所述激光器的个数为2M+1，其中，M为所述亚波长光栅的衍射级次。

优选的，所述亚波长光栅为一维周期结构，且所述亚波长光栅的周期T满足：(M+1)λ/n_s≤T≤(M+3)λ/n_s，其中，M为所述亚波长光栅的衍射级次，λ为所述入射光的波长，n_s为所述亚波长光栅的折射率。

优选的，所述激光器阵列还包括多个准直透镜，每一个所述准直透镜设置在一个所述激光器的出光面，用于对所述激光器出射的激光进行准直。

优选的，所述激光器阵列中各激光器出射的激光的波长相同，且所述波长的范围为1550nm～5000nm。

优选的，所述亚波长光栅是在二氧化硅衬底、双抛硅衬底或双抛砷化镓衬底上刻蚀形成的。

优选的，所述空间滤波器为光阑。