一种复合型激光光束脉冲时序合成装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及激光技术领域，尤其涉及一种复合型激光光束脉冲时序合成装置。
【背景技术】
[0002]一般来说，单台激光器随着输出功率的提高，其光束质量将非线性下降，因此采用将多束激光合成为一束是获得高功率、高光束质量激光的重要方法。目前的激光光束合成技术主要有相干合成技术、直接合成技术、偏振合成技术、脉冲时序合成技术、光谱合成技术等。
[0003]相干合成技术是将多束满足频率相同、偏振相同、相位差恒定的子激光合成，合成效率高，但同时要实现多束子激光的频率、偏振完全一致、相位差恒定，其控制系统的精度要求非常高、实现难度大、系统结构复杂。直接合成技术是将多束子激光边靠边的依次并排叠加，或者通过光束整形变换的方法实现光束合成，具有原理简单和稳定性高的优点，但合成激光的光束质量会随着合成子激光数目的增加而快速下降，因此不利于得到高功率高光束质量的激光输出。偏振合成是通过偏振器件(如偏振片等)将两束不同偏振状态的子激光实现光合成，该技术可合成的子激光数量有限，而且高功率激光存在热退偏问题，难以保持高的线偏振度，因此在高功率激光合成方面，偏振合成技术受到一定局限。
[0004]脉冲时序合成技术是以多个脉冲激光器为子激光，通过一定光路，使各个脉冲激光器的光束按一定时间顺序发射，但多路子激光空间重合，从而实现时序上的光束合成，可以大大提高激光平均功率。目前，脉冲时序合成技术主要有偏振式时序合成和机械式时序合成。其中，偏振式脉冲时序合成技术利用电光调制等方式控制各子激光的偏振态改变，并通过偏振器件实现各子激光束合成。这种方法需要各子激光保持高线偏振度以保障合成效率，但由于热畸变导致的退偏问题，高功率激光不利于保持高线偏振度，因此这个技术会影响高功率激光的合成效率。机械式时序合成是顺序发射各子激光，使各子激光通过若干次反射形成空间重合以达到光束合成的目的，更加适用于高功率激光的合成，但是随着合成子激光路数的增加，系统的复杂程度及对同步控制精度的要求也增大。
[0005]光谱合成技术是利用光栅、棱镜等光学器件实现多束不同波长激光的合成。由于光谱合成不需对各子激光的相位、偏振、以及振幅进行控制就能实现合成光束在远场和近场保持较好的重叠，因此作为高光束质量激光合成技术而倍受关注。但此方法在实际应用中，也存在一些问题。首先，光谱合成需要采用不同波长的多台激光器，因此合成子激光数量受激光输出波长和光栅光谱宽度的限制。而且，如果通过减小各子激光波长间隔来增加合成路数，串扰将导致总的合成效率逐渐下降。因此，由于子激光输出波长、光栅光谱宽度以及串扰效应的限制，合成子激光数量受限，导致通过光栅光谱合成的激光输出功率也受到一定限制。另外，光谱合成能够保持较好的合成光束质量，但对于光栅光谱合成，光栅能够承受的激光功率(即其损伤阈值)也使激光合成输出功率受到一定限制，这是高功率激光合成中需要考虑的重要因素之一。
[0006]综上所述，每一种激光合成技术都有其独特的优势，但是每一种激光合成技术在实现高功率、高光束质量的激光合成上均受到不同方面、不同程度的限制。有鉴于此，亟需提供一种高光束质量、高功率的激光合成装置。
【发明内容】
[0007](一 )要解决的技术问题
[0008]本发明要解决的技术问题就是提供一种高光束质量、高功率的复合型激光光束脉冲时序合成装置。
[0009]( 二 )技术方案
[0010]为了解决上述技术问题，本发明提供了一种复合型激光光束脉冲时序合成装置，包括任意组脉冲激光器组、与所述脉冲激光器组对应的衍射光栅、传动装置和同步控制装置；每组所述脉冲激光器组包括多个偏振时序合成单元；每个所述偏振时序合成单元包括多个子激光器，和使得多个所述子激光器的激光进行偏振时序合成的偏振时序合成器件；所述衍射光栅位于所述传动装置上，在所述传动装置的带动下相对与其对应的所述脉冲激光器组做周期运动，并且所有所述衍射光栅依次进入对应的脉冲激光器组的工作位置；
[0011]所述同步控制装置用于实现所述脉冲激光器组的开启停止与所述衍射光栅进入和离开工作位置之间的同步；当所述衍射光栅处于与之对应的脉冲激光器组的工作位置时:所述同步控制装置向所述脉冲激光器组发出指令，使得所述脉冲激光器组的所有偏振时序合成单元同时发射脉冲激光；所有所述脉冲激光射入到处于工作位置的衍射光栅的表面上的同一点，并且第i个偏振时序合成单元输出的脉冲激光与所述衍射光栅之间满足光栅方程d(sin a i±sin|3 ) = πιλ i (m = 0，±1，±2...)，从而使得光谱合成后的激光进入预设的主光路；其中，d为光栅常数，a i为第i个偏振时序合成单元输出的偏振时序合成脉冲激光到光栅的入射角度，β为偏振时序合成脉冲激光经过光栅后的衍射角，m为光谱级数，λ i为第i个偏振时序合成单元的激光波长；
[0012]所述衍射光栅离开工作位置时，与之对应的脉冲激光器组停止输出激光。
[0013]优选地，每组所述脉冲激光器组与多个衍射光栅配合。
[0014]优选地，还包括位置传感器；所述位置传感器用于监测所述衍射光栅的位置，并且将监测结果发送给所述同步控制装置。
[0015]优选地，所有所述脉冲激光器组的位置固定；所述衍射光栅在所述传动装置的带动下做周期运动；所述传动装置包括电机，以及所述电机驱动的主传动件。
[0016]优选地，所述主传动件包括带轮和传动带；所述带轮在电机的驱动下转动，并带动所述传动带运动；所有所述衍射光栅位于所述传动带上；所有所述脉冲激光器组沿着所述传动带的传动方向依次分布；并且所有所述脉冲激光器组的激光入射点相同。
[0017]优选地，所述主传动件为转盘；所有所述衍射光栅沿着所述转盘的圆周方向分布，并固定与所述转盘的上表面上；所有所述脉冲激光器组分布在位于工作位置上的衍射光栅所在的平面内；并且所有所述脉冲激光器组的激光入射点相同。
[0018]优选地，所述主传动件为转轴；所有所述衍射光栅和脉冲激光器沿着所述转轴的轴向间隔分布；所述衍射光栅通过特定长度的支架安装在所述转轴上；所有所述脉冲激光器组位于同一平面上，并分布在所述转轴的一侧；每组所述脉冲激光器组中的所有偏振时序合成单元排列在同一垂直于所述转轴的直线上，并分列于主光路的两侧，使得每组所述脉冲激光器组中的所有偏振时序合成单元的激光入射点相同。
[0019]优选地，所述转轴带动所述衍射光栅做扇形往复运动或者圆周运动。
[0020]优选地，所述脉冲激光器组的数量为多组，并且所有所述脉冲激光器组包含的偏振时序合成单元完全一致。
[0021](三)有益效果
[0022]本发明的技术方案具有以下优点:本发明的复合型激光光束脉冲时序合成装置，通过将偏振式时序合成技术与光栅光谱合成技术相结合，并配合以高精度的同步控制，在不需要减小各子激光波长间隔的前提下，成倍数的提高了光栅光谱合成脉冲激光的合成路数，并保持优良的光束质量，有效解决了光栅光谱合成中的串扰问题。
[0023]进一步地，通过光栅传动设计引入多个光栅相互配合，配合以高精度同步控制，大大降低了合成过程中对每个光栅损伤阈值的要求，有效解决了高功率光栅光谱合成中的光栅热损伤问题。
[0024]本发明的一优选方案中，将所有光栅固定在传动带上，传动带带动所有光栅朝同一个方向做周期循环运动，并且所有偏振时序合成单元的脉冲激光的入射点相同。本方案首先利用传动装置移动更换光栅，以帮助光栅散热，提高光栅损伤阈值；另外，还避免了往复性活塞运动需克服惯性的问题，能提高光栅循环移动的频率，从而增大合束激光的功率。另外由于各组脉冲激光器组的脉冲激光的入射点相同，因此不存在需要为多个激光入射位置分别配置冷却系统的问题，从而能够减小装置的体积，节省制造成本。
[0025]本发明的另一优选方案中，将所述衍射光栅固定在转盘或者转轴上，光栅通过转盘或转轴做圆周运动依次进入工作位置，光栅随转动形式的传动装置进行旋转的过程比平动更有助于散热，从而进一步提高光栅的损伤阈值。
【附图说明】
[0026]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0027]图1:激光偏振式时序合成机理示意图；
[0028]图2:反射式光栅与偏振时序合成复合的合成机理示意图；
[0029]图3:透射式光栅与偏振时序合成复合的合成机理示意图；
[0030]图4:实施例一对应的基于前后往复移动反射光栅的单组偏振时序合成单元复合型激光光束脉冲时序合成装置的结构示意图；
[0031]图5:实施例一对应的时序合成结果时序分布图；
[0032]图6