[发明专利]用于产生激光束的方法和激光振荡器

说明书

本发明涉及用于产生激光束的方法和激光振荡器。

尽管没有限定如此，但是该方法特别适用于激光束的自主产生（即，事先没有注入初始光束）。

如已知，为了产生高功率的激光束，已知的是首先产生多个基本激光束，然后聚集由此产生的光束从而它们相干地组合在单个焦点处且因此形成单个激光束，其具有比基本光束更高的较高功率。

然而，为了使所得激光束的功率达到最佳，重要的是使所有基本激光束具有相同发射频率和相同相位。

例如在文献US6,366,356中公开了实现此举的已知方案。该方案涉及从激光振荡器中初始地产生“主”激光束，然后在该振荡器的输出处将该主光束空间划分地多路复用为多个基本激光束。由相同数量的光学放大器来平行地分别放大这些基本光束，然后调节其相位。因此被置于同相的这些基本光束最终被组合来形成具有比主激光束更高功率的单个激光束。在这个组合过程中，由于所有基本激光束来自相同主光束，它们自然具有相同发射频率和相同功率。进一步，作为调节每一个基本激光束的相位的结果，它们也是同相的。

然而，这个方案的缺点在于，接连需要两个光学模块：首先是“主”激光振荡器，然后是平行的一组放大器。最后，通过使用被置于光学振荡器和放大器之间的基本光束的相位分析系统、反馈环以及一组相位调节器，该设备才完整。毋庸赘言，这种类型的设备被证实为特别复杂且昂贵地实现，同时占用大量空间。

基于所有这些理由，仅期望的是具有这样一种激光振荡器，它可以自己自主地产生基本激光束用于其之后的聚合。

在文献US7,130,113中公开了实现此举的已知方案。特定地，其涉及在单个激光振荡器中设置多个基本激光腔，可各自产生具有相同发射频率的多个基本激光束。为此目的，每一个基本激光腔包括放大介质，当通过引入能量来泵浦或激发该放大介质时，在所有空间方向上产生本征噪声。在与基本激光腔的轴对应的方向上传播的光穿过每一个激光腔的放大介质的每一段连续时间中，该光被放大，从而使得每一个基本激光束会聚成定态且在激光振荡器的输出处达到其标称功率。然后，由此在不同基本激光腔内产生的基本激光束以全光学方式被置于同相，使用控光装置将所发射的基本激光束限制成接近光轴的部分。最终，因此被置于同相的基本激光束被组合从而形成单个高功率激光束。因此使得将基本激光束置于同相变得简单。

然而，尽管这个已知方案对于组合有限数量（一般少于十个）的基本光束是有效的，当基本光束的数量较大时，该方案并不令人满意。特定地，如已知，一组基本激光腔的谐振频率（或模态一致）是激光振荡器的自由度，且可能调整激光发射光谱以使组合有效性最大化。还重要的是具有其最大可能的数量，从而有效地组合基本激光束。然而，当基本光束的数量增加时，这些谐振频率被发现不足，且这实际减少了组合的有效性。因此，当企图被动地将基本激光束置为同相时，且因此通过自我调节发射光谱，如文献US7,130,113中的情况，模态一致变得不足且组合的有效性被减少。

因此，本发明涉及产生激光束的方法以及激光振荡器，其使得可能由从单个激光振荡器中产生的大量基本激光束中自主产生高功率的激光束。

为了这个目的，根据本发明，用于产生激光束的方法，其中：

-从激光振荡器中产生一组N个基本激光束，N是大于或等于2的整数；

-在所述激光振荡器中，该N个基本激光束的每一个的相位被调节以使所述基本激光束处于同相；且

-所述N个基本激光束然后被聚集从而形成激光束，

其特征在于，为了调节该N个基本激光束中每一个的相位，通过至少一个光学滤波元件（每一个基本激光束的至少部分被引导至该至少一个光学滤波元件），将单个基本激光束的相位与其他N-1个基本激光束的相位之间的差异转换为发光强度大小。

因此，利用本发明，有可能通过增加激光振荡器的自由度的数量有效地将N个基本激光束置于同相。特定地，在光束穿过所述振荡器的每一次连续时间，在激光振荡器自身中产生每一个基本激光束的相位调节。作为结果，在每一个基本激光束会聚成其中光束表现出其标称功率的定态时，所有基本激光束一起会聚成至其中它们不仅表现出其标称功率、还表现出相对于彼此被优选地调节的相位的总体定态，从而使其之后的组合特别有效。

因此，同时在文献US7,130,113中公开的现有技术鼓励本领域技术人员通过全光学逆反应，在激光振荡器的输出对于N个基本激光束的相位仅调节一次（具有N个臂的单个振荡器），对此限制了可被有效组合的光束的数量，相反，本发明提出在振荡器自身内部调节这些相同相位，当这些光束被产生时促进连续的、全光学调节。