[发明专利]对激光束入射角度相对误差不敏感的色谱合成装置及方法

说明书

本发明公开了一种对激光束入射角度相对误差不敏感的色谱合成装置及方法，该色谱合成装置通过在普通的二向色镜上添加特殊的分区镀膜构成复合色谱合成镜，通过将该复合色谱合成镜与角锥棱镜配合使用，使两支激光束的光路中均只存在一次反射，从而避免因色谱合成装置与两束待合束的激光束之间的相对角度误差而引起的合束激光光轴的指向偏差，从而提高了色谱合成激光束的亮度和光束质量。

技术领域

本发明涉及激光合成技术领域，尤其涉及一种对激光束入射角度相对误差不敏感的色谱合成装置及方法，主要用于将多个激光器输出的不同波长激光合成为一束激光，合束过程对激光束的入射角度误差不敏感，提高合束激光的光束质量和亮度，适用于高功率激光领域应用。

背景技术

光纤激光器具有结构紧凑、光束质量好、电光效率高、散热能力强等特点，但受到热效应、非线性效应、光学损伤等因素的限制，单根光纤输出亮度有限。研究人员研究了多种激光合束方法，将多束激光合成一束激光，达到激光亮度提升的效果。

色谱合成技术是利用合束器件的色散原理或者不同膜系透反射原理将不同激光束合为一支光束，主要方法包括两类：基于光栅和基于二向色镜的色谱合成方法。基于光栅的色谱合成方案主要缺点是合成激光的光束质量会随着激光线宽的展开而劣化，因此对高功率光纤激光器的线宽要求过高，难以实现高功率高光束质量合成。基于二向色镜的色谱合成装置相对结构简单，但是对入射激光与色谱合成装置之间相对角度误差较为敏感。特别是反射激光束的入射角度误差，在经过二向色镜后将扩大两倍，导致不同合束激光束光轴分散，降低合束激光的亮度和光束质量。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种对激光束入射角度相对误差不敏感的色谱合成装置及方法，用以解决上述背景技术中存在的问题。

一种对激光束入射角度相对误差不敏感的色谱合成装置，包括复合色谱合成镜和角锥棱镜；

所述复合色谱合成镜包括玻璃基板、镀覆在玻璃基板一侧端面的分区高反膜和分区增透膜、以及镀覆在玻璃基板另一侧端面的二向色膜；

所述分区高反膜用于将位于所述复合色谱合成镜一侧面的第一激光束反射入角锥棱镜；

所述角锥棱镜用于将其接收到的第一激光束回射至分区增透膜，该回射光束依次通过分区增透膜、玻璃基板和二向色膜出射出去并与入射在二向色膜上的第二激光束的反射光束汇合成一束激光束进行射出。

优选地，所述角锥棱镜为直角三棱镜，角锥棱镜的直角面上镀覆有棱镜高反膜、斜面镀覆有棱镜增透膜。

优选地，所述角锥棱镜的斜面与复合色谱合成镜之间的夹角为90°-α，α为第一激光束或第二激光束与复合色谱合成镜之间的夹角。

优选地，所述第一激光束和第二激光束在水平方向相互平行。

优选地，分区高反膜与棱镜高反膜的激光反射率优于99.8％，分区增透膜和棱镜增透膜的激光透过率优于99.8％。

优选地，所述分区高反膜设置在玻璃基板端面的上半区，分区增透膜设置在玻璃基板的端面的下半区。

优选地，所述复合色谱合成镜的口径大于3D，D为合束激光口径，分区高反膜和分区增透膜的镀膜半径均不小于1.5D。

优选地，所述色谱合成装置设置有多个，多个色谱合成装置并联设置形成多路扩展色谱合成。

一种对激光束入射角度相对误差不敏感的色谱合成方法，具体包括以下步骤：

S1，将两个激光器分别放置在色谱合成装置的两侧，所述两个激光器发出的激光束相平行；

S2，其中一个激光器发出的第一激光束入射到复合色谱合成镜的分区高反膜上，并经分区高反膜反射后进入角锥棱镜，角锥棱镜将其接收到的第一激光束回射至复合色谱合成镜的分区增透膜并依次从分区增透膜、玻璃基板和二向色膜出射出去；