本實(shí)用新型涉及強(qiáng)激光技術(shù)，尤其是光纖激光光譜合成，屬于激光光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

目前，高性能光纖激光器相對(duì)傳統(tǒng)激光器具有效率高，光束質(zhì)量好，功率輸出穩(wěn)定等特點(diǎn)，是高功率激光系統(tǒng)的良好選擇。但是對(duì)于單根光纖激光器而言，其輸出功率會(huì)受到非線性效應(yīng)，熱損傷等因素的限制，很難實(shí)現(xiàn)高功率激光輸出。利用光譜合成組束技術(shù)，能夠有效提升單位面積內(nèi)的功率密度，是提升光纖激光裝置輸出功率的有效技術(shù)途徑。

實(shí)現(xiàn)高效率光譜合成的技術(shù)路徑是利用色散器件的色散特性實(shí)現(xiàn)對(duì)一定入射條件下不同波長(zhǎng)子光束的共孔徑合成，其中色散器件是保證高效率合成的關(guān)鍵器件。目前進(jìn)行光譜合成常用的色散器件類型主要為平面光柵和體布拉格光柵，由于光纖激光器的所發(fā)出的光為非偏振光，即包含s光成分又包含p光成分，要實(shí)現(xiàn)高效率的光譜合成需要實(shí)現(xiàn)對(duì)這兩種偏振成分都實(shí)現(xiàn)較高的衍射效率，這樣就對(duì)器件的設(shè)計(jì)和制備提出了很高的要求，在最終工程實(shí)現(xiàn)上具有很大的難度；基于體布拉格光柵的光譜合成方案一般都采用級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)，這樣系統(tǒng)的穩(wěn)定性會(huì)受很大的影響，而且在連續(xù)激光作用下，器件的熱效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致器件性能的急劇退化；如果所利用光柵器件為透射式的器件，在進(jìn)行光譜合成時(shí)會(huì)產(chǎn)生非常強(qiáng)的熱吸收，降低器件連續(xù)激光負(fù)載能力，進(jìn)而會(huì)影響光譜合成的穩(wěn)定性，以上均為現(xiàn)有光譜合成色散器件的不足之處。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有光譜合成技術(shù)的上述不足，本實(shí)用新型提供一種基于超棱鏡薄膜的光纖激光光譜合成裝置及方法。

由于在超棱鏡器件中的強(qiáng)色散效應(yīng)，在不同波長(zhǎng)入射的情況下會(huì)會(huì)產(chǎn)生一定程度的空間位移分辨，利用不同波長(zhǎng)在超棱鏡器件中產(chǎn)生空間位移可以進(jìn)行光譜合束。本實(shí)用新型提出了一種應(yīng)用于光譜合成的超棱鏡薄膜器件，并針對(duì)光譜合成的需求提出了對(duì)超棱鏡薄膜進(jìn)行優(yōu)化的方法及對(duì)應(yīng)的光譜合成裝置。

本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

光纖激光光譜合成裝置，包括光纖激光器和準(zhǔn)直透鏡，光纖激光器上設(shè)有位移控制臺(tái)；還包括沿光路設(shè)置的超棱鏡薄膜、分光鏡和位移反饋系統(tǒng)，分光鏡上設(shè)有位置調(diào)整系統(tǒng)；光纖激光器、位移控制臺(tái)、位置調(diào)整系統(tǒng)及位移反饋系統(tǒng)由主控系統(tǒng)控制；超棱鏡薄膜底部設(shè)有散熱襯底。

本實(shí)用新型的基本原理是：在光子晶體結(jié)構(gòu)中，對(duì)于禁帶附近波長(zhǎng)的電磁波，其群速度在一定入射角時(shí)對(duì)波長(zhǎng)的變化非常敏感，這時(shí)器件表現(xiàn)出了很強(qiáng)的色散特性，被稱為超棱鏡效應(yīng)。通過超棱鏡效應(yīng)，在薄膜結(jié)構(gòu)中引入一些特殊的結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)不同波長(zhǎng)入射光的出射點(diǎn)空間分辨，薄膜中調(diào)制多波長(zhǎng)空間分辨的機(jī)制為調(diào)制入射深度和能量?jī)?chǔ)存機(jī)制，利用這兩種機(jī)制可以對(duì)薄膜中的超棱鏡效應(yīng)進(jìn)行優(yōu)化?；诔忡R薄膜的光譜合成裝置，在進(jìn)行合束時(shí)利用精密位移平臺(tái)控制入射角度相同的不同波長(zhǎng)的多路入射光在超棱鏡薄膜上的入射位置，利用反饋系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，在一定條件下即可實(shí)現(xiàn)使不同波長(zhǎng)入射的激光在同一點(diǎn)同角度的出射，完成多路激光共孔徑合成。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型光纖激光光譜合成裝置總體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實(shí)用新型中超棱鏡薄膜空間位移測(cè)試示意圖；

圖3是超棱鏡薄膜在1060-1064nm波段內(nèi)的空間位移曲線圖。

圖中零部件及編號(hào)：

1-光纖激光器，1-1—位移控制臺(tái)，

2—準(zhǔn)直透鏡，3—超棱鏡薄膜，4—散熱襯底，

5—分光鏡，5-1—位置調(diào)整系統(tǒng)，

6—位移反饋系統(tǒng)，7—主控系統(tǒng)，8—單色儀，9—圖像傳感器。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。

如圖1所示，光纖激光光譜合成裝置，包括光纖激光器1和準(zhǔn)直透鏡2，光纖激光器1上設(shè)有位移控制臺(tái)1-1；還包括沿光路設(shè)置的超棱鏡薄膜3、分光鏡5和位移反饋系統(tǒng)6，分光鏡5上設(shè)有位置調(diào)整系統(tǒng)5-1；光纖激光器1、位置調(diào)整系統(tǒng)5-1及位移反饋系統(tǒng)6由主控系統(tǒng)7控制；超棱鏡薄膜3底部設(shè)有散熱襯底4。

位移控制臺(tái)1-1調(diào)整精度為1微米，可對(duì)光纖激光器的位置進(jìn)行二維調(diào)整。

超棱鏡薄膜3為反射式薄膜，可利用超棱鏡效應(yīng)實(shí)現(xiàn)對(duì)不同波長(zhǎng)入射光的空間分辨。

主控系統(tǒng)7為計(jì)算機(jī)，通過位移反饋系統(tǒng)6所提供的信息對(duì)位移控制臺(tái)1-1進(jìn)行調(diào)整。

位置調(diào)整系統(tǒng)5-1在進(jìn)行完光纖激光器1位置調(diào)整后可將分光鏡5撤離光路。位移反饋系統(tǒng)6實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)待合束激光經(jīng)過超棱鏡薄膜3后的位移信息。

光纖激光光譜合成方法，包括以下步驟：

A.超棱鏡薄膜設(shè)計(jì)：

待合束三路激光波長(zhǎng)分別為λ₁＝1064nm，λ₂＝1063.3nm，λ₃＝1060nm，入射至薄膜表面時(shí)光束半徑為500μm。根據(jù)合束需求，設(shè)定超棱鏡薄膜優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)MF，其計(jì)算式為：

式中三路波長(zhǎng)所產(chǎn)生的空間位移優(yōu)化目標(biāo)設(shè)置為0μm，600μm，1200μm，反射率優(yōu)化目標(biāo)均設(shè)置為90％，以諧振腔結(jié)構(gòu)或啁啾鏡結(jié)構(gòu)為起始膜系對(duì)薄膜結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化；在本次優(yōu)化中N＝3，p＝2,F₁＝0.5,F₂＝0.5,當(dāng)優(yōu)化至MF≤0.05時(shí)認(rèn)為優(yōu)化完成；基于優(yōu)化結(jié)構(gòu)，利用濺射或者電子束蒸鍍的方法，對(duì)超棱鏡薄膜進(jìn)行制備。

B.超棱鏡薄膜特性測(cè)試：

利用光電探測(cè)器件對(duì)超棱鏡薄膜的空間分辨能力進(jìn)行初步表征，作為進(jìn)行光譜合成的依據(jù)。

利用圖2所示的光路，對(duì)特定入射角度下所需合成激光在制備所得超棱鏡薄膜的同一入射點(diǎn)入射時(shí)所產(chǎn)生的空間位移進(jìn)行測(cè)試，得到波長(zhǎng)與空間位移的對(duì)應(yīng)關(guān)系。測(cè)試方法為光纖激光器1出光經(jīng)單色儀8，準(zhǔn)直透鏡2，后到達(dá)超棱鏡薄膜3，反射光進(jìn)入圖像傳感器9中，利用主控系統(tǒng)(計(jì)算機(jī))7對(duì)不同波長(zhǎng)的激光經(jīng)過超棱鏡薄膜3后的位移變化進(jìn)行分析，得出在超棱鏡薄膜表面的光波長(zhǎng)λ與空間位移S的對(duì)應(yīng)關(guān)系。本例中測(cè)試結(jié)果如圖3所示，波長(zhǎng)為1060nm、1063.3nm和1064nm的光在45°角入射時(shí)所產(chǎn)生的空間位移S分別為0μm、520μm、1100μm。

C.入射激光光譜合成：

參見圖1，其中待合束激光路數(shù)n＝3，其經(jīng)過光纖激光器1輸出的波長(zhǎng)分別為λ₁＝1064nm,λ₂＝1063.3nm，λ₃＝1060nm，入射至超棱鏡薄膜3上，光斑直徑為500μm。利用位移控制臺(tái)1-1調(diào)節(jié)光纖激光器1的位置，使待合束光束在超棱鏡薄膜3中入射位置的間距分別為S₁＝520μm，S₂＝1100μm。根據(jù)超棱鏡薄膜初步表征經(jīng)過控制位移平臺(tái)對(duì)光纖激光器位置進(jìn)行粗調(diào)，利用位移反饋系統(tǒng)6對(duì)光纖激光器1位置進(jìn)行微調(diào)，在滿足入射點(diǎn)位置匹配的情況下，出射點(diǎn)會(huì)實(shí)現(xiàn)重合，出射方向一致，調(diào)整完成后將分光鏡5撤出光路，實(shí)現(xiàn)共孔徑合成。

在上述實(shí)例中，入射光角度，入射光波長(zhǎng)及合束路數(shù)以及優(yōu)化參數(shù)可以根據(jù)需求進(jìn)行調(diào)整，并選擇符合合束需求的超棱鏡薄膜。