[发明专利]一种相干激光合成系统

说明书

本发明公开了一种相干激光合成系统，包括激光源和透镜阵列，透镜阵列包括多个透镜，透镜按照预设的非等周期非均匀空间密度费马螺旋阵列排布；其中，激光源用于产生多束激光光束，激光光束满足相干条件，且多束激光光束与多个透镜一一对应；透镜用于接收多束激光光束，并对多束激光光束进行准直，使得由透镜出射的各个激光光束在远场相干叠加得到合成光束。本发明通过将透镜按照非等周期非均匀空间密度的费马螺旋阵列排布，使透镜阵列均呈现中心紧凑、边缘稀疏的排布方式，进而在提升相干合成远场的桶中功率占比的同时，削弱相干合成远场的旁瓣强度。

技术领域

本发明属于相干激光技术领域，具体涉及一种相干激光合成系统。

背景技术

不断取得高功率、高光束质量的激光输出一直是国防、工业等领域的目标。光纤激光器具有输出光束质量高、功率高、结构紧凑等诸多优势，但由于非线性效应、热效应、模式不稳定等因素地影响，单台光纤激光器的输出光功率或能量有限。

为了获得更高功率且具有较高光束质量的激光，需要通过多路激光相干合成得到更高功率、更好光束质量的激光输出，而在阵列光纤激光相干合成技术中，多路光纤激光的孔径填充方式尤为重要。目前，相关技术中多使用的孔径填充阵列是等周期分布的正六边形阵列，即将多个透镜按照正六边形的排布方式在一个平面内进行平铺拼接。

然而，上述等周期分布的正六边形阵列排布方式会使阵列激光相干合成的远场输出存在易被探测到旁瓣，即阵列激光的能量会部分分散到旁瓣，不利于提高集中在远场主瓣范围内的能量占比，降低了激光束的质量。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种相干激光合成系统。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

本发明提供一种相干激光合成系统，包括激光源和透镜阵列；所述透镜阵列包括多个透镜，所述透镜按照预设的非等周期非均匀空间密度费马螺旋阵列排布；其中，

所述激光源用于产生多束激光光束，所述激光光束满足相干条件，且所述多束激光光束与所述多个透镜一一对应；

所述透镜用于接收所述多束激光光束，并对所述多束激光光束进行准直，使得由所述透镜出射的各个激光光束在远场相干叠加得到合成光束。

在本发明的一个实施例中，所述预设的非等周期非均匀空间密度费马螺旋阵列为：

ρ_n表示第n个透镜中心距所述预设的非等周期非均匀空间密度费马螺旋阵列中心的距离，表示第n个透镜中心相对于极轴位置的角度，常数β₁控制两个连续透镜之间的角位移，s控制所述预设的非等周期非均匀空间密度费马螺旋阵列中透镜的均匀性与集中程度；

其中，n＝1，2，…，N，N表示透镜的数量，s＝s₀+(n-1)Δs，s₀为s的初始值，Δs为预设间隔，β₁＝1.618。

在本发明的一个实施例中，所述预设间隔为0.01～0.02。

在本发明的一个实施例中，所述激光源为光纤激光器。

在本发明的一个实施例中，所述透镜阵列包括120～168个透镜。

在本发明的一个实施例中，所述透镜阵列包括120个透镜，各所述透镜的半径为0.05cm。

在本发明的一个实施例中，所述合成光束的远场振幅为：