[发明专利]一种脉冲激光光谱时序合成系统及方法

说明书

本发明属于激光技术领域，并具体公开了一种脉冲激光光谱时序合成的系统及方法。所述系统包括脉冲激光光源二维阵列、准直聚焦装置、光栅、快反镜以及控制装置。所述方法包括周期性的发射脉冲激光，将准直后的脉冲激光进行分离，选择光栅入射脉冲激光的波长，使得水平方向光源组的单个脉冲激光的入射角度不同，而衍射角度相同，使得每组水平方向光源组的单个脉冲激光按照同样的衍射角一级衍射输出，实现水平方向光源组脉冲激光的光谱合成，调整水平方向光源组的光束指向，使得每组水平方向光源组的光束指向与第一组水平方向光源组的光束指向相同，实现在竖直方向实现脉冲光源的时序合成。本发明实现了保持高光束质量的同时提升激光功率/能量。

技术领域

本发明属于激光技术领域，更具体地，涉及一种脉冲激光光谱时序合成系统及方法。

背景技术

随着科技发展和经济增长，在工业制造加工等领域，对激光系统的亮度提出越来越高的要求。在诸多领域，激光的功率能量亮度已经不能满足应用需求。激光功率能量提升一方面受热效应、非线性效应等限制，另一方面功率提升过程中往往带来光束质量的劣化。将多路光束进行光谱合成是提升激光亮度、功率的重要途径；将多路脉冲激光，通过控制激光的出光时序，通过机械式的方法实现不同时序的脉冲激光在空间上共孔径输出即合成为一路，也可以实现功率/能量扩展，同时光束质量保持不变。将两种合成方式进行合成实现光谱时序合成，是一种高效可行的高功率、高光束质量激光方法。

现有技术中，利用偏振片对相同波长的脉冲时序合成成为脉冲组，然后利用对应的传动光栅实现不同脉冲组（波长不同）的光谱合成，需要多组偏振合成片和多个光栅，并采用两级合成。该方法利用的是偏振合成原理，传动装置复杂，

基于上述缺陷和不足，本领域亟需提出一种新的脉冲激光光谱时序合成方法，利用一片光栅同时实现在水平方向（波长）光谱合成，在竖直方向利用光栅摆动实现脉冲合成，结构上更加简单紧凑，避免了复杂的传动装置，更容易实现，鲁棒性更好。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种脉冲激光光谱时序合成的系统即方法，其中结合脉冲激光自身的特征及其光谱时序合成工艺特点，相应设计了保持高光束质量的同时提升激光功率/能量的装置，并对其关键组件如脉冲激光光源二维阵列、准直聚焦装置、光栅、快反镜以及控制装置的结构及其具体设置方式进行研究和设计，相应的本发明水平方向光源组在控制装置的控制下周期性的发射脉冲激光，将准直后的脉冲激光进行分离，根据衍射方程的一级衍射条件选择所述光栅入射脉冲激光的波长，使得水平方向光源组的单个脉冲激光的入射角度不同，而衍射角度相同，以此方式，使得每组水平方向光源组的单个脉冲激光按照同样的衍射角一级衍射输出，实现水平方向光源组脉冲激光的光谱合成，同时，调整每组水平方向光源组的光束指向，使得每组水平方向光源组经所述光栅后的光束指向与第一组水平方向光源组的光束指向相同，实现在竖直方向实现脉冲光源的时序合成。本发明在一个方向实现同步脉冲光谱合成，在另一个方向实现脉冲的时序合成，实现了保持高光束质量的同时提升激光功率/能量，方法简单，结构更加简单高效紧凑。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提出了一种脉冲激光光谱时序合成的系统，包括脉冲激光光源二维阵列、准直聚焦装置、光栅、快反镜以及控制装置，其中，

所述脉冲激光光源二维阵列包括沿多组水平方向光源组和竖直方向光源组，多组所述水平方向光源组和竖直方向光源组构成方形光源二维阵列，所述水平方向光源组在所述控制装置的控制下周期性的发射脉冲激光；

所述准直聚焦装置用于对水平方向光源组和竖直方向光源组中的单个脉冲激光进行准直，并使得准直后的脉冲激光以指定角度入射至所述光栅；

所述控制装置根据衍射方程的一级衍射条件选择所述光栅入射脉冲激光的波长，使得水平方向光源组的单个脉冲激光的入射角度不同，而衍射角度相同，以此方式，使得每组水平方向光源组的单个脉冲激光按照同样的衍射角一级衍射输出，实现水平方向光源组脉冲激光的光谱合成；