[发明专利]一种扩展N路为2N-1路光纤激光的外腔谱合成方法及系统

权利要求书

1.一种扩展N路为2N-1路光纤激光的外腔谱合成方法，其特征在于，在现有的、基于闪耀光栅极限N路光纤激光阵元外腔谱合成方案的基础上，通过在合成激光的每相邻两种波长之间，再插入一束波长不同激光的方法，实现2N-1束光纤激光的外腔谱合成，其具体步骤包括：

S1、给出现有的极限N束光纤激光外腔谱合成方案，N路掺杂光纤阵元，在前腔镜、变换透镜、闪耀光栅和输出耦合镜之间构成的谐振腔中，以谐振的方式选取波长λ₁,λ₂,…,λ_N，谱合成为一束包含λ₁,λ₂,…,λ_N的N个波长的光束，该合成光束中，被选定的相邻波长之间的谱间距为Δλ，其中Δλ＝λ_n-λ_n-1(n＝2,…,N)，可按公式Δλ≈Xd/F求得，式中，X为两光纤阵元之间的间距，d为闪耀光栅刻线槽之间的距离，即光栅常数，F为变换透镜的焦距；

S2、在上述极限N束光纤激光外腔谱合成系统中，首先串联一块衍射波长为λ′₁＝(λ₂+λ₁)/2，且谱选择性小于Δλ的反射体布拉格光栅1；

S3、在插入的掺杂光纤阵元1的前腔镜、反射体布拉格光栅和输出耦合镜三者之间，形成一个带外腔的、基于反射体布拉格光栅的激光系统，让插入的掺杂光纤阵元1输出光束λ′₁经准直透镜准直后，以布拉格角入射体布拉格光栅，并以相同的布拉格衍射输出，同时，迫使包含波长λ₁,λ₂,…,λ_N的光束也以相同的布拉格角度透射出体布拉格光栅，由此，原有的N路光纤激光外腔谱合成变成了N+1路光纤激光谱合成；

S4、依据上述步骤S2和S3的方法，再串联反射体布拉格光栅2,…,N-1，在插入的掺杂光纤阵元2,...,N-1的前腔镜、反射体布拉格光栅和输出耦合镜之间，分别构成N-2个带外腔的、基于反射体布拉格光栅的激光系统，从而实现2N-1路光纤激光外腔谱合成。

2.根据权利要求1所述的一种扩展N路为2N-1路光纤激光的外腔谱合成方法，其特征在于，上述步骤S3中所述的N+1路光纤激光谱合成，为确保所述波长为λ′₁的光束能发生激光振荡，并能与包含波长λ₁,λ₂,…,λ_N的光束共轴传输而成为一束光束，反射体布拉格光栅1需满足如下条件：(1)光栅的法线方向必需与体表面垂直；(2)包含波长λ₁,λ₂,…,λ_N的光束的入射角度与λ′₁衍射光束的衍射角度需大小相等；(3)对于波长为λ′₁为衍射光光束，其布拉格角的大小为θ_m＝arcsinλ′₁f₁/2n，式中，f₁为反射体布拉格光栅1的空间频率，n为光栅材料折射率。

3.根据权利要求1所述的一种扩展N路为2N-1路光纤激光的外腔谱合成方法，其特征在于，为确保所述合成方案能顺利实现，所有N-1块反射体布拉格光栅都必须满足：(1)光栅的法线方向与体表面垂直，该条件是为了确保经输出耦合镜反馈的光束能顺利回到对应掺杂光纤；(2)所有N-1块反射体布拉格光栅的布拉格角必须相等。