光纖激光光譜合成裝置制造方法及圖紙

本實用新型專利技術(shù)公開了一種光纖激光光譜合成裝置及方法，屬于激光光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。光纖激光光譜合成裝置包括光纖激光器和準直透鏡，光纖激光器上設(shè)有位移控制臺；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、位置調(diào)整系統(tǒng)及位移反饋系統(tǒng)由主控系統(tǒng)控制。本實用新型專利技術(shù)用單組器件實現(xiàn)多入射光束合成，避免級聯(lián)，合束裝校難度小，系統(tǒng)穩(wěn)定性高；超棱鏡薄膜元件對激光能量吸收較低，有利于提升激光負載能力；超棱鏡薄膜器件相對于光柵類器件對偏振特性依賴較小，有利于對器件進行偏振無關(guān)的優(yōu)化，提升對非偏振光纖激光的合束效率。

Optical fiber laser spectrum synthesizing device

The utility model discloses a device and a method for synthesizing optical fiber laser spectrum, which belongs to the technical field of laser optics. Fiber laser spectral synthesis device comprises a fiber laser and fiber laser collimating lens, a displacement control console; also includes a beam splitter and the displacement along the super prism film light path, the feedback system is provided with a spectroscope position adjustment system; fiber laser displacement, console, position adjustment system and the displacement feedback system by the master control system. The utility model for single group devices to achieve multi beam synthesis, avoid cascade, close to the school is small, high stability of the system; superprism thin film element of laser energy absorption is low, is conducive to enhancing the laser load capacity; superprism thin film devices relative to the grating devices on the polarization dependent characteristics is small, is conducive to optimize the polarization independent to enhance the efficiency of the device, combining non polarization fiber laser.

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
所屬
本技術(shù)涉及強激光技術(shù)，尤其是光纖激光光譜合成，屬于激光光學(xué)

技術(shù)介紹
目前，高性能光纖激光器相對傳統(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，是高功率激光系統(tǒng)的良好選擇。但是對于單根光纖激光器而言，其輸出功率會受到非線性效應(yīng)，熱損傷等因素的限制，很難實現(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現(xiàn)對一定入射條件下不同波長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，要實現(xiàn)高效率的光譜合成需要實現(xiàn)對這兩種偏振成分都實現(xiàn)較高的衍射效率，這樣就對器件的設(shè)計和制備提出了很高的要求，在最終工程實現(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聯(lián)結(jié)構(gòu)，這樣系統(tǒng)的穩(wěn)定性會受很大的影響，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，在進行光譜合成時會產(chǎn)生非常強的熱吸收，降低器件連續(xù)激光負載能力，進而會影響光譜合成的穩(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)實現(xiàn)思路
為了克服現(xiàn)有光譜合成技術(shù)的上述不足，本技術(shù)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色散效應(yīng)，在不同波長入射的情況下會會產(chǎn)生一定程度的空間位移分辨，利用不同波長在超棱鏡器件中產(chǎn)生空間位移可以進行光譜合束。本技術(shù)提出了一種應(yīng)用于光譜合成的超棱鏡薄膜器件，并針對光譜合成的需求提出了對超棱鏡薄膜進行優(yōu)化的方法及對應(yīng)的光譜合成裝置。本技術(shù)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直透鏡，光纖激光器上設(shè)有位移控制臺；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、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。本技術(shù)的基本原理是：在光子晶體結(jié)構(gòu)中，對于禁帶附近波長的電磁波，其群速度在一定入射角時對波長的變化非常敏感，這時器件表現(xiàn)出了很強的色散特性，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)可以實現(xiàn)不同波長入射光的出射點空間分辨，薄膜中調(diào)制多波長空間分辨的機制為調(diào)制入射深度和能量儲存機制，利用這兩種機制可以對薄膜中的超棱鏡效應(yīng)進行優(yōu)化。基于超棱鏡薄膜的光譜合成裝置，在進行合束時利用精密位移平臺控制入射角度相同的不同波長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)進行調(diào)節(jié)，在一定條件下即可實現(xiàn)使不同波長入射的激光在同一點同角度的出射，完成多路激光共孔徑合成。附圖說明圖1是本技術(shù)光纖激光光譜合成裝置總體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本技術(shù)中超棱鏡薄膜空間位移測試示意圖；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：1-光纖激光器，1-1—位移控制臺，2—準直透鏡，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。具體實施方式下面結(jié)合實施例對本技術(shù)進一步說明。如圖1所示，光纖激光光譜合成裝置，包括光纖激光器1和準直透鏡2，光纖激光器1上設(shè)有位移控制臺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1-1調(diào)整精度為1微米，可對光纖激光器的位置進行二維調(diào)整。超棱鏡薄膜3為反射式薄膜，可利用超棱鏡效應(yīng)實現(xiàn)對不同波長入射光的空間分辨。主控系統(tǒng)7為計算機，通過位移反饋系統(tǒng)6所提供的信息對位移控制臺1-1進行調(diào)整。位置調(diào)整系統(tǒng)5-1在進行完光纖激光器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實時監(jiān)測待合束激光經(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：待合束三路激光波長分別為λ1＝1064nm，λ2＝1063.3nm，λ3＝1060nm，入射至薄膜表面時光束半徑為500μm。根據(jù)合束需求，設(shè)定超棱鏡薄膜優(yōu)化目標函數(shù)MF，其計算式為：式中三路波長所產(chǎn)生的空間位移優(yōu)化目標設(shè)置為0μm，600μm，1200μm，反射率優(yōu)化目標均設(shè)置為90％，以諧振腔結(jié)構(gòu)或啁啾鏡結(jié)構(gòu)為起始膜系對薄膜結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化；在本次優(yōu)化中N＝3，p＝2,F1＝0.5,F2＝0.5,當優(yōu)化至MF≤0.05時認為優(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，對超棱鏡薄膜進行制備。B.超棱鏡薄膜特性測試：利用光電探測器件對超棱鏡薄膜的空間分辨能力進行初步表征，作為進行光譜合成的依據(jù)。利用圖2所示的光路，對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入射時所產(chǎn)生的空間位移進行測試，得到波長與空間位移的對應(yīng)關(guān)系。測試方法為光纖激光器1出光經(jīng)單色儀8，準直透鏡2，后到達超棱鏡薄膜3，反射光進入圖像傳感器9中，利用主控系統(tǒng)(計算機)7對不同波長的激光經(jīng)過超棱鏡薄膜3后的位移變化進行分析，得出在超棱鏡薄膜表面的光波長λ與空間位移S的對應(yīng)關(guān)系。本例中測試結(jié)果如圖3所示，波長為1060nm、1063.3nm和1064nm的光在45°角入射時所產(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)過控制位移平臺對光纖激光器位置進行粗調(diào)，利用位移反饋系統(tǒng)6對光纖激光器1位置進行微調(diào)，在滿足入射點位置匹配的情況下，出射點會實現(xiàn)重合，出射方向一致，調(diào)整完成后將分光鏡5撤出光路，實現(xiàn)共孔徑合成。在上述實例中，入射光角度，入射光波長及合束路數(shù)以及優(yōu)化參數(shù)可以根據(jù)需求進行調(diào)整，并選擇符合合束需求的超棱鏡薄膜。本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種光纖激光光譜合成裝置，包括光纖激光器(1)和準直透鏡(2)，光纖激光器(1)上設(shè)有位移控制臺(1?1)；其特征在于，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)。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種光纖激光光譜合成裝置，包括光纖激光器(1)和準直透鏡(2)，光纖激光器(1)上設(shè)有位移控制臺(1-1)；其特征在于，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...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：馬平，鄢定堯，張明驍，蒲云體，喬曌，
申請(專利權(quán))人：成都精密光學(xué)工程研究中心，
類型：新型
國別省市：四川;51