專利名稱：具有光程調(diào)節(jié)能力的多光束合束器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多光束合束器的設(shè)計方法，尤其是一種具有光程調(diào)節(jié)能力的多光束合束器設(shè)計方法，能夠?qū)崿F(xiàn)任意多光束、多種排列、光程差接近0的光束合成。這種光束合束器的設(shè)計方法可廣泛應(yīng)用于對光程差有特殊要求的光束合成領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
一些激光應(yīng)用領(lǐng)域?qū)す夤馐墓β屎凸馐|(zhì)量有著特殊要求，單束激光無法滿足其需求。相干合成光纖激光陣列在提高激光輸出功率的同時能夠獲得近衍射極限的高光束質(zhì)量，成為高能激光技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點。在寬光譜激光、多波長激光和短脈沖激光的相干合成中，光程差直接影響著最終的合成效果(這里光程差是指各路激光的光程之間的差值)。目前普遍是在激光進入合束裝置之前進行光程差的調(diào)節(jié)，這樣不僅操作不便，而且系統(tǒng)過于復(fù)雜。在本發(fā)明提出之前，還未見到關(guān)于一種可以實現(xiàn)具有光程調(diào)節(jié)能力的多光束合束器設(shè)計方法的報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種可以實現(xiàn)具有光程調(diào)節(jié)能力的多光束合束器的設(shè)計方法。參與合束的光束數(shù)目可以任意多，可以在合束的同時對各光束的光程進行調(diào)節(jié)，對實驗環(huán)境和儀器設(shè)備沒有特殊要求，系統(tǒng)設(shè)計簡單，性能可靠。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是包括基座1、45度高反鏡片2、高反鏡31、光程調(diào)節(jié)座3和緊固件4，具體方式為基座1上設(shè)有臺階，每級臺階上銑有用于鑲嵌45度高反鏡片2的凹槽和供光程調(diào)節(jié)座3移動的滑槽，凹槽與臺階前端面成45度夾角，滑槽與臺階前端面平行，光程調(diào)節(jié)座3由底座和粘在底座上的兩個度高反鏡31組成，將45度高反鏡片2裝到基座1的凹槽上，將光程調(diào)節(jié)座3和緊固件4裝到基座1的滑槽上。具體調(diào)節(jié)過程為利用臺階狀基座1實現(xiàn)光束的二維拼接，通過設(shè)置臺階高度，實現(xiàn)縱向光束的拼接；利用同一臺階上45度高反鏡片2的排列，完成橫向光束的拼接。通過調(diào)節(jié)裝有兩個高反鏡31的光程調(diào)節(jié)座3的位置，達到調(diào)節(jié)光程的目的。高反鏡31與水平面成45度角，與光程調(diào)節(jié)座3的豎直面垂直，固定在光程調(diào)節(jié)座3上。在合束和光程調(diào)節(jié)的過程中，通過合理設(shè)計光路，使參與合成的各光束之間不會發(fā)生光路的交叉。所述的基座1由硬質(zhì)材料加工而成，基座1臺階的級數(shù)與合束時縱向光束層數(shù)相同。如圖2、圖3所示，每級臺階上銑有用于鑲嵌45度高反鏡片2的凹槽和供光程調(diào)節(jié)座3移動的滑槽，基座上每級臺階上的凹槽和滑槽數(shù)相同，每級臺階上凹槽的數(shù)目與合束光對應(yīng)層上的光束的數(shù)目相等。凹槽與臺階前端面成45度夾角，滑槽與臺階前端面平行，每級臺階上的凹槽和滑槽數(shù)相同，每一層凹槽和滑槽的中心線在同一水平線上，每兩層凹槽間的距離IL2大于入射光束間的間距。凹槽的深度IDtl任意，能夠?qū)Ω叻寸R2進行固定即可?；蹚纳媳砻嫦蛳?，寬度依次為1L2、1L3、IL4, IL4的尺寸小于IL2即可，IL3的尺寸小于IL4即可。寬度為IL2的槽的深度為ID1, ID1的尺寸等于光程調(diào)節(jié)座底面與鏡面下沿的距離4H2。根據(jù)每一層光束的數(shù)目設(shè)置每一級臺階寬度IL1,具體為IL1 >NX1L2，其中，N表示該層光束數(shù)目。根據(jù)光束的數(shù)目、光束的光斑直徑和需要調(diào)節(jié)的光程范圍設(shè)計基座的長度ILtl，具體為IL1 >NmaxXD(l+AL，其中Nmax為光束數(shù)目最多的一層的光束數(shù)目，Dtl為光束的橫向尺寸(如圖16所示)，AL為需要調(diào)節(jié)的光程范圍。根據(jù)光束的縱向尺寸設(shè)置臺階高度IH1 (如圖16所示)。通過移動臺階上凹槽的位置，便可實現(xiàn)光束的多種排列。要求每級臺階間具有較高的平行度，凹槽與臺階平面具有較高的垂直度。所述的45度高反鏡片2鏡面上半部分根據(jù)單光束的光斑形狀做成如圖4-6所示的半圓形或矩形，鏡片左邊和右邊的厚度方向磨成45度夾角，鏡片寬度2L等于單光束的橫向尺寸(圖16中的Dtl)乘以λ/ ，鏡片高度等于鏡片嵌入基座深度(圖2中的IDtl)與單光束縱向尺寸(圖16中的D1)之和，鏡面鍍合束光束波長的45度高反膜。所述的高反鏡31形狀如圖10-12所示，鏡片左邊和右邊的厚度方向磨成45度夾角，鏡片長度SL1大于單光束的橫向尺寸乘以，鏡面鍍合束光束波長的45度高反膜。底座由硬質(zhì)材料加工而成，所用材料不限。底座嵌與基座滑槽部分的高度為3Η2，其高度具體為: > 3^+4^,3 為底座最底端突出的用于緊固底座的部分的高度；4氏為緊固底座所用的螺帽的厚度。圖中3 的尺寸由高反鏡31高度和基座1所在階數(shù)決定，具體為3 >ΜΧΙΗ^ΧβΙΗο圖中3k的尺寸設(shè)置為31k ；3Q尺寸略小于圖2中的IL4 ；3L2等于圖2中的 IL3。所述的光程調(diào)節(jié)座3由底座和粘在底座上的兩個度高反鏡31組成，如圖7-9所
7J\ ο所述的緊固件4為硬質(zhì)材料，形狀如圖13、14所示。螺帽直徑大于圖3中的3L2，螺釘直徑小于圖3中的3L2，螺母為正方形，邊長略小于3k，厚度尺寸在ID1的1/2左右；緊固件4高度等于該層基座的高度。本發(fā)明實現(xiàn)光束合束的過程如下將45度高反鏡片2裝到基座1的凹槽上，將光程調(diào)節(jié)座3和緊固件4裝到基座1的滑槽上。如圖7所示，參與合束的各光束從基座1的一側(cè)入射，經(jīng)過光程調(diào)節(jié)座3兩次反射后，入射至45度高反鏡2，調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)入射光束與光程調(diào)節(jié)座上的上面一個45度高反鏡31的夾角，使之等于45度且平行于基座臺階，經(jīng)反射后輸出，輸出光斑圖樣如圖8所示，實現(xiàn)了 7路光束合束。上述思想已經(jīng)為該發(fā)明申請人所在實驗室進行實驗驗證，這種組束方法可以實現(xiàn)多路光束的高占空比合束。采用本發(fā)明可以達到以下技術(shù)效果1、本發(fā)明提供了一種具有光程調(diào)節(jié)能力的多光束合束器的設(shè)計方法，利用臺階狀基座和基座上的45度高反鏡完成光束的拼接，利用臺階狀基座上的光程調(diào)節(jié)座完成光程調(diào)節(jié)。2、本發(fā)明提供的合束器設(shè)計方法可同時實現(xiàn)任意多光束、任意排列的合束和各光束的光程調(diào)節(jié)。3、本發(fā)明提供的合束器設(shè)計方法原理簡單，操作方便，所設(shè)計的合束器性能可靠，對實驗環(huán)境和儀器設(shè)備沒有特殊要求。
4、本發(fā)明提供的合束器設(shè)計方法適用于寬光譜或短脈沖的多光束相干合成及其他需要調(diào)節(jié)光程的光束合成領(lǐng)域。


圖1為采用本發(fā)明提供方法設(shè)計的7路光束合束器上視2為采用本發(fā)明提供方法設(shè)計的7路光束合束器基座左視3為為采用本發(fā)明提供方法設(shè)計的7路光束合束器基座上視4為采用本發(fā)明提供方法設(shè)計的合束器的鑲嵌于基座上的45度高反鏡片2的左視5為采用本發(fā)明提供方法設(shè)計的合束器的鑲嵌于基座上的45度高反鏡片2的上視6為采用本發(fā)明提供方法設(shè)計的合束器的鑲嵌于基座上的45度高反鏡片2的前視7為采用本發(fā)明提供方法設(shè)計的合束器的光程調(diào)節(jié)座的左視8為采用本發(fā)明提供方法設(shè)計的合束器的光程調(diào)節(jié)座的上視9為采用本發(fā)明提供方法設(shè)計的合束器的光程調(diào)節(jié)座的前視10為采用本發(fā)明提供方法設(shè)計的合束器的光程調(diào)節(jié)座上粘的45度高反鏡31的左視11為采用本發(fā)明提供方法設(shè)計的合束器的光程調(diào)節(jié)座上粘的45度高反鏡31的上視12為采用本發(fā)明提供方法設(shè)計的合束器的光程調(diào)節(jié)座上粘的45度高反鏡31的前視13為采用本發(fā)明提供方法設(shè)計的合束器的緊固件的上視14為采用本發(fā)明提供方法設(shè)計的合束器的緊固件的前視15為采用本發(fā)明提供方法設(shè)計的合束器工作時的立體圖，為了使圖能夠清晰的反應(yīng)工作原理，圖中只給出了第一束光束的入射、出射光路，其它各束光束的光路與之類似圖16為采用本發(fā)明提供方法設(shè)計的7路光束合束器在實現(xiàn)7路圓形截面光束合束時的輸出光斑圖樣
具體實施例方式以7路圓形截面光束合束為例，首先根據(jù)自己需求設(shè)計出基座1、45度高反鏡片2、高反鏡31、光程調(diào)節(jié)座3和緊固件4的圖紙。根據(jù)圖紙做出基座1、高反鏡片2和31、光程調(diào)節(jié)座3和緊固件4，并將之裝配起來，如圖1所示。將參與合束的各光束于基座1 一側(cè)入射至基座上的光程調(diào)節(jié)座3，經(jīng)過兩次反射后入射到45度高反鏡片2上，移動光程調(diào)節(jié)座的位置，調(diào)節(jié)入射光束與光程調(diào)節(jié)座上的上面一個高反鏡31的夾角，使之等于45度且平行于基座1臺階，此時便可在合束器的輸出端獲得任意排列、光程分布任意的合成輸出。
權(quán)利要求
1.具有光程調(diào)節(jié)能力的多光束合束器，包括基座(1)、45度高反鏡片(2)、高反鏡(31)、光程調(diào)節(jié)座C3)和緊固件(4)，其特征在于，基座(1)上設(shè)有臺階，每級臺階上銑有用于鑲嵌45度高反鏡片(2)的凹槽和供光程調(diào)節(jié)座(3)移動的滑槽，凹槽與臺階前端面成45度夾角，滑槽與臺階前端面平行，光程調(diào)節(jié)座(3)由底座和粘在底座上的兩個度高反鏡(31)組成，將45度高反鏡片(2)裝到基座(1)的凹槽上，將光程調(diào)節(jié)座(3)和緊固件(4)裝到基座(1)的滑槽上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有光程調(diào)節(jié)能力的多光束合束器，其特征在于，基座(1)由硬質(zhì)材料加工而成，基座(1)臺階的級數(shù)與合束時縱向光束層數(shù)相同，基座上每級臺階上的凹槽和滑槽數(shù)目相同，每級臺階上凹槽的數(shù)目與合束光對應(yīng)層上的光束的數(shù)目相等，每一層凹槽和滑槽的中心線在同一水平線上，每兩層凹槽間的距離IL2大于入射光束間的間距。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有光程調(diào)節(jié)能力的多光束合束器，其特征在于，高反鏡(31)的左邊和右邊的厚度方向磨成45度夾角，高反鏡(31)鏡片長度3k大于單光束的橫向尺寸乘以在，兩片鏡面鍍合束光束波長的45度高反膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有光程調(diào)節(jié)能力的多光束合束器，其特征在于，45度高反鏡片(2)鏡面上半部分根據(jù)單光束的光斑形狀做成半圓形或矩形，鏡片左邊和右邊的厚度方向磨成45度夾角，鏡片寬度2L等于單光束的橫向尺寸乘以在，鏡片高度等于鏡片嵌入基座深度與單光束縱向尺寸之和，鏡面鍍合束光束波長的45度高反膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有光程調(diào)節(jié)能力的多光束合束器，其特征在于，參與合束的各光束從基座(1)的一側(cè)入射，經(jīng)過光程調(diào)節(jié)座C3)兩次反射后，入射至45度高反鏡片O)，調(diào)節(jié)入射光束與光程調(diào)節(jié)座上的一個高反鏡(31)的夾角，使之等于45度且平行于基座(1)臺階，經(jīng)反射后輸出。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多光束合束器的設(shè)計方法，尤其是一種具有光程調(diào)節(jié)能力的多光束合束器設(shè)計方法，能夠?qū)崿F(xiàn)任意多光束、多種排列、光程差接近0的光束合成。利用臺階狀基座(1)實現(xiàn)光束的二維拼接，通過設(shè)置臺階高度，實現(xiàn)縱向光束的拼接；利用同一臺階上45度高反鏡片(2)的排列，完成橫向光束的拼接。通過調(diào)節(jié)裝有兩個高反鏡的光程調(diào)節(jié)座(3)的位置，達到調(diào)節(jié)光程的目的。在合束和光程調(diào)節(jié)的過程中，通過合理設(shè)計光路，使參與合成的各光束之間不會發(fā)生光路的交叉。這種光束合束器的設(shè)計方法可廣泛應(yīng)用于對光程差有特殊要求的光束合成領(lǐng)域。
文檔編號G02B26/06GK102566057SQ20121001118
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月15日
發(fā)明者劉澤金, 司磊, 周樸, 李霄, 王小林, 粟榮濤, 肖虎, 許曉軍, 陳金寶, 馬閻星 申請人:中國人民解放軍國防科學技術(shù)大學