[发明专利]基于重叠体光栅的多路光纤激光相干组束装置及相干组束方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种激光技术，具体涉及一种基于重叠体光栅的多路光纤激光相干组束装置及相干组束方法。

背景技术

研制大功率、高光束质量、高效、紧凑的高能激光器系统，以满足各种应用特别是军事上的需求，是世界各国长期探索研究的目标。光纤激光器具有高效、紧凑、光束质量好、散热特性好和输出功率稳定性高等特点，且光纤的柔韧性使其能够通过弯曲而灵活地适应不同的安装环境而不影响光束的输出。因此，光纤激光器的竞争力远远超过其它激光器，拥有巨大的市场，在工业、医疗和军事上具有广阔的应用前景。在工业和医疗领域，光纤激光器可用于焊接与切割、焊缝清理、激光雕刻、打孔、产品打标、激光检测和测量、激光成像、激光雷达系统以及激光医疗、医疗器械微加工等各个方面。在军事上，高功率(100kW以上)的激光器可用于构建地基、空基、星基和舰载高能激光武器系统，实现对敌导弹、飞机、卫星等目标的有效打击，对于防空、防天和光电对抗等领域具有重要的战略和战术意义。近年来，随着大模式面积双包层光纤的出现以及高功率半导体激光器抽运技术的发展，光纤激光器的输出功率大幅提高，单个光纤激光器的输出功率已超过千瓦。然而，由于受到掺杂光纤的非线性效应、光学损伤及热损伤等物理机理的限制，上述单个光纤激光器的输出功率很难满足高能激光器系统的大功率要求。要想大幅提高单个激光器的输出功率不仅相当困难，而且费用非常昂贵。同时，随着输出功率的提高，单个光纤激光器存在光束质量变差等缺陷。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单，使用方便，成本低，能大幅度提高激光器的输出功率和亮度的基于重叠体光栅的多路光纤激光相干组束装置。

本发明的另一目的是提供激光相干组束方法。

为了克服现有技术的不足，本发明所要解决的技术方案是这样实现的：基于重叠体光栅的多路光纤激光相干组束装置，其该发明有突出的实质性特点和显著的进步在于一个光纤光栅连接一个光纤耦合器，其光纤耦合器的另一侧分别至少连接两根掺杂双包层光纤，每根掺杂双包层光纤的一侧均置有透镜，每个透镜的一侧置有二色镜，二色镜与反射镜之间置有偏振控制器，反射镜一侧置有重叠体光栅，重叠体光栅一侧置有输出耦合镜，输出耦合镜输出组束光。所说重叠体光栅是指在光学介质的同一区域内通过全息方法记录得到的具有一定厚度的多个光栅。

一种权利要求1所述的基于重叠体光栅的多路光纤激光相干组束装置的相干组束方法，其特征在于包括：

a、一个光纤光栅构成多个光纤激光器谐振腔的一边时，各激光的波长与光纤光栅的工作波长相匹配时，各光纤激光器工作于同一波长；

b、一个光纤光栅和输出耦合镜构成光学谐振腔；

c、一个光纤光栅和输出耦合镜构成多路光纤激光的共用谐振腔，输出耦合镜将组束功率的一部分能量反馈回各光纤激光器中，各光纤激光器的光学振荡互相牵制，从而使各光纤激光的相位互锁；

d、一个重叠体光栅是一个组束器，同时还是一个分束器，它既可将多路满足Bragg条件的入射光纤激光按Bragg角沿同一方向衍射，同时，还可将输出耦合镜反射回来的光束衍射成多路子光束；

e、一个重叠体光栅的双向复用，既可实现对多路光纤激光的组束，也可使输出耦合镜反射回来的激光衍射成多束反馈回各光纤激光器实现各光纤激光器输出光束的相位互锁；

f、一个掺杂双包层光纤中受激发射的激光通过光纤耦合器耦合进入光纤光栅；

g、一个重叠体光栅是在光学介质的同一区域内通过全息方法记录得到的具有一定厚度的多个光栅，其光栅的数目与需要组束光纤激光的数目相等；

h、一个当光束k₁和k_i其中i＝1，2，…，N分别以体光栅K_G1和K_Gi确定的Bragg角α₁和α_i入射，它们的衍射光沿同一方向出射，体光栅的光栅矢量K_G1和K_Gi之间有一夹角φ_i，该夹角由Bragg条件cos(φ_i-β)＝K_Gi/2k决定，其中β是衍射光与z轴正方向的夹角，即Bragg角，K_Gi＝2π/d_i，d_i是第i个光栅的光栅常数，k＝2πn/λ是光束在光学介质中的传输常数，λ是入射光的波长，n是光学介质的平均折射率。

本发明与现有技术相比，具有以下技术效果：