[实用新型]一种分层排布被动散热二极管激光光谱合成光学装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及激光器技术应用领域，尤其是一种分层排布被动散热二极管激光光谱合成装置。

背景技术

在现有技术中，公知的技术是，光谱合成技术直接利用二极管激光器组成高效率、紧凑的激光系统而不通过中间泵浦的转换过程，可以使合成激光的光束质量与参与合成的子发光单元相当，弥补了二极管激光器光束质量较差的缺点，大大提高了二极管激光器的发光亮度。目前，现有的二极管激光光谱合成激光系统通常采用主动散热的方法，使用微通道热沉液冷循环方式对二极管激光线阵进行散热，这种散热方式的缺点是散热系统体积大、维护保养复杂，可靠性较低，这是现有技术所存在的不足之处。

实用新型内容

本实用新型的目的，就是针对现有技术所存在的不足，而提供一种分层排布被动散热二极管激光光谱合成装置的技术方案，该方案采用采用被动散热方式，二极管激光线阵采用可靠性高的热沉散热方式，光谱合成光路采用立体排布方式，能够减小二极管激光光谱合成激光系统的体积。

本方案是通过如下技术措施来实现的：

一种分层排布被动散热二极管激光光谱合成装置，包括有第一层结构底板和第二层结构底板；第一层结构底板上设置有二极管激光线阵、拼接反射镜、平面冷板和下反射镜；第二层结构底板上设置有上反射镜、慢轴转换柱透镜、折转反射镜、平面光栅、外腔镜；所述二极管激光线阵采用热沉散热方式，固定在平面冷板上；二极管激光线阵发出的激光束经过拼接反射镜发射后在二极管激光线阵快轴方向上实现空间拼接，二极管激光线阵发光面与拼接后的激光束输出面等光程排列，拼接后的激光束经过下反射镜反射后射向上反射镜，上反射镜将激光束发射至慢轴转换柱透镜，激光束穿过慢轴转换柱透镜后经过折转反射镜发射后射向平面光栅，激光束穿过平面光栅后穿过外腔镜输出。

作为本方案的优选：拼接反射镜与二极管激光线阵数量相等且一一对应，拼接反射镜在二级激光线阵的快轴和慢轴两个方向上都改变入射激光束的出射角。

作为本方案的优选：被下反射镜反射的激光束在快轴方向上转折90°入射到上反射镜，激光束经过上反射镜反射后光轴与第二层结构底板平行。

作为本方案的优选：平面光栅为反射平面光栅或透射平面光栅，材料为光学玻璃或光学晶体。

作为本方案的优选：第二层结构底板上设置有窗口镜；穿过外腔镜的激光束经过折转反射镜折射后从窗口镜输出。

作为本方案的优选：第二层结构底板上设置有整形透镜组、聚焦透镜组和光纤；穿过外腔镜的激光束依次穿过整形透镜组和聚焦透镜组后射入光纤输出。

作为本方案的优选：拼接反射镜和二极管激光线阵的数量为至少1组。

本方案中光路分两层，第一层是二极管激光线阵的空间拼接光路，第二层是二极管激光光谱合成光路，第一层和第二层之间通过两片反射镜实现光路连接。

第一层中，采用多片被动散热的二极管激光线阵作为光谱合成的光源，每片二级管激光线阵上装配有快轴准直微透镜和慢轴准直微透镜。二极管激光线阵分两组，每一组先利用拼接反射镜在二极管激光线阵快轴方向上进行空间拼接，两组二极管激光线阵再在慢轴方向上进行拼接。每一组中的二极管激光线阵都固定在同一块平面冷板上，二极管激光线阵发光面与拼接后的激光输出面等光程排列，每一片二级管激光线阵各对应一块拼接反射镜，拼接反射镜在二级激光线阵的快轴和慢轴两个方向上都改变激光的出射角，二级管激光线阵发出的激光经过拼接反射镜反射后在快轴方向实现高占空比拼接。

每一块拼接反射镜反射的激光在快轴方向上倾斜相同的角度，以避开后续光路中的拼接反射镜，反射激光的角弧度θ计算公式如下：

θ=d/L

其中，d是单片二极管激光线阵的出射激光在快轴方向上的尺寸；L是同一组拼接反射镜相互之间的中心间隔。

二极管激光线阵的数量由二极管激光光谱合成激光系统的总出光功率、光谱合成效率和二极管激光线阵的出光功率决定，其计算公式如下：

M=P_total/(P_d//η)

其中，M是二极管激光线阵的数量；P_total是合成后输出激光总功率；P_d/是单个二极管激光线阵的输出激光功率；η是光谱合成效率。