[发明专利]一种共孔径混合光束合成系统

摘要

本发明提供一种共孔径混合光束合成系统，该系统是基于偏振相关型双色镜和偏振合束器的共孔径混合光束合成系统，其利用偏振相关型双色镜对s光和p光透射‑反射谱存在一定差别，通过合理设计镀膜结构，分别利用偏振相关型双色镜的s光和p光的透射‑反射谱，设计两级光谱合成结构，有效的拓展了系统的合成路数。本发明解决了采用光栅进行合束时谱线展宽引起的合成效率降低或光束质量退化的问题，弥补采用单纯双色镜进行光谱合成时路数拓展受限等不足，实现多链路的共孔径光束合成。

主权项

一种共孔径混合光束合成系统，其特征在于：该系统是基于偏振相关型双色镜和偏振合束器的共孔径混合光束合成系统，该系统首先基于偏振合束器进行偏振合成，再利用偏振相关型双色镜进行谱合成的共孔径混合光束合成，该系统包括偏振合成阵列模块和光谱合成模块；所述的偏振合成阵列模块包括N个偏振合成子模块；每个偏振合成子模块中包含两路偏振态分别为s偏振和p偏振且两偏振方向垂直的光束和一个偏振合束器；N个偏振合成子模块分别对应于N个不同中心波长L1i的激光，其中i＝1、2…N；所述的光谱合成模块包括N‑1个偏振相关型双色镜和若干个全反镜组合件，全反镜组合件的个数根据具体光轴调节所需确定；N‑1个偏振相关型双色镜实现对偏振合成阵列模块输出的N束不同中心波长激光的光谱合成；偏振相关型双色镜对s光和p光的反射‑透射谱根据偏振合成阵列模块输出的N路光束的中心波长和入射角度确定；全反镜组合件用来调节各个不同波长激光注入到相应偏振相关型双色镜上的角度，完成高效的光谱合成；偏振相关型双色镜通过镀膜设计，将s光的透射谱范围设计到λ3～λ6，将p光的透射谱设计到λ1～λ7；考虑到实际镀膜的不理想，设p光透射谱短波的下降沿为λ2‑λ1，其长波的下降沿为λ7‑λ5，同理，设s光透射谱短波的下降沿为λ4‑λ3，其长波的下降沿为λ6‑λ5；设s光和p光的透射谱分布为T，若不考虑镀膜和基质材料本身的吸收，则s光和p光的反射谱分布为R＝1‑T；其中，λ0＜λ1＜λ2＜λ3＜λ4＜λ5＜λ6＜λ7＜λ8；偏振相关型双色镜的s光和p光的反射‑透射谱不是完全重叠的，其透射谱在λ4～λ5之间完全重叠，反射谱在λ0～λ1、λ7～λ8之间完全重叠；偏振相关型双色镜其透射‑反射谱的整体分布会随着入射角度的变化沿长波或短波方向移动；所述偏振合束器的中心波长和带宽选择根据参与偏振合成的两路激光的光谱分布决定；所用偏振合束器的形状为片状结构或者立方结构；偏振合束器的材料是熔石英材料、K9材料、钒酸钇、方解石或偏硼酸钡晶体材料；所述偏振相关型双色镜的材料是熔石英或K9材料；参与整个合成的激光光源包括N路偏振态为s偏振、中心波长分别为L1i的激光光源，N路偏振态为p偏振、中心波长分别为L1i的激光光源；偏振合成阵列模块包括N个偏振合成子模块，分别对应于N个不同中心波长L1i的激光；对于任意一个偏振合成子模块，通过一个偏振合束器将两路偏振方向分别为s偏振和p偏振的光束合成为一束激光；这样，由N个偏振合成子模块构成的偏振合成阵列模块首先对2N路光束实现了偏振合成；经过偏振合成后，各个偏振合成子模块输出激光的偏振态为s+p的混合态；经过偏振合成阵列模块后，根据N路偏振合成后激光的光谱分布，设计不同入射角度下偏振相关型双色镜的透射‑反射谱；利用全反镜组合件对N路激光注入到相应偏振相关型双色镜上的角度进行调节，采用N‑1个不同角度分布的偏振相关型双色镜，完成对N路偏振合成后激光的光谱合成，最终将2N路光束合成为一束激光输出。