[发明专利]光谱合束装置及方法

说明书

本发明涉及激光技术领域，具体提供一种光谱合束装置及方法，光谱合束装置包括激光单元、变换透镜、反射光栅以及外腔镜；激光单元的前腔面和外腔镜均位于变换透镜的前焦平面上，反射光栅位于变换透镜的后焦平面上；光谱合束装置以透射光栅的法线的利特罗角为光轴，外腔镜与光轴垂直。本发明的光谱合束装置通过光谱合束方向和非光谱合束方向的协作，使得激光单元直接成像到外腔镜上，即使出现如封装smile或者装调导致的指向偏离，也可以通过光路补偿，实现高稳定性外腔反馈；且合束光路与激光单元出射光路在光谱合束方向上重叠，整个光谱合束装置可用于对稳定性、可靠性要求高的场合。

技术领域

本发明涉及激光技术领域，尤其涉及一种光谱合束装置及方法。

背景技术

光谱合束技术是当前实现高功率、高光束质量合束激光的最为可行技术之一。从1999年报道至今，该技术已经成功应用在全固态激光器、光纤激光器以及半导体激光器上面，大幅度提升了激光器性能。

当前应用在半导体激光领域的光谱合束结构主要为闭环式光谱合束结构，其实现结构为：激光单元的后腔面与外腔镜组成谐振腔，激光单元前腔面镀增透膜，在光谱合束方向排列，并沿着相同的方向出射，经过变换透镜的作用，共同入射到光栅上，再经过光栅衍射输出到外腔镜，只有垂直入射到外腔镜并能够反射回原激光单元的光能够谐振。由于光栅和外腔反馈等作用，使得激光单元谐振到不同的激光波长，经过光谱合束后的激光功率倍增，光束质量与激光单元保持一致，但是整体光谱变宽。

为了实现好的光谱合束效果，激光芯片的出光端面和光栅分别处于变换透镜的前后焦平面，即激光芯片到光栅的距离至少为二倍变换透镜焦距。另外，无论是基于反射光栅的光谱合束结构还是基于透射光栅的光谱合束结构，经过光栅衍射后输出光路不与入射光路重合，使得输出激光需要占用额外空间，进一步加大光谱合束结构尺寸。且外腔镜通常位于光谱合束光源的外围或者边缘。

为了在合适的光谱范围内实现有效的光谱合束，受限于光栅色散能力，当前文献普遍报道的近红外波段的光谱合束光源所采用的变换透镜焦距长达数百毫米，有的为了压缩带宽，变换透镜焦距甚至达到米量级，导致外腔光谱光源的谐振腔普遍达到数百毫米甚至数米，整个光谱合束光源体积尺寸较大。

另外，作为谐振腔镜的后腔镜总是处于光源的外围或者边缘位置，难以保证其结构稳定性，给整个光谱合束光源的结构稳定性和长期可靠性带来大的隐患，尤其是应用在对环境适应性要求高的场合，如国防等。

发明内容

本发明为解决上述问题，提供一种小角度折叠的光谱合束装置及方法。

本发明提供一种光谱合束装置，所述光谱合束装置包括激光单元、变换透镜、反射光栅以及外腔镜；所述激光单元的前腔面和所述外腔镜均位于所述变换透镜的前焦平面上，所述反射光栅位于所述变换透镜的后焦平面上；所述光谱合束装置以所述反射光栅的法线的利特罗角为光轴，所述外腔镜与所述光轴垂直；

所述光谱合束装置的光路包括光谱合束方向和非光谱合束方向；

在所述光谱合束方向，所述激光单元输出激光光束，所述激光光束经过所述变换透镜作用，以不同角度入射至所述反射光栅；所述激光单元输出的激光光束在所述反射光栅上发生重合，再次入射到所述变换透镜后，最终入射至所述外腔镜；

在所述非光谱合束方向上，所述激光单元输出的激光光束，经过所述变换透镜作用后，以角度θ_y入射到所述反射光栅上，经过所述反射光栅以相同夹角θ_y反射后，返回入射至所述变换透镜，再被所述变换透镜准直后入射至所述外腔镜。

优选的，所述变换透镜为旋转对称透镜。

优选的，所述光谱合束装置还包括补偿镜，所述补偿镜与所述变换透镜组合形成成像镜，将所述激光单元的前腔面成像到所述外腔镜。

优选的，所述补偿镜为旋转对称透镜。