专利名称：四路非相干合束mopa高功率激光系统的制作方法
技术领域：
本发明属于一种激光输出系统，具体地说是一种高光束质量、高功率激 光输出的基于SBS (受激布里渊散射)波形畸变补偿原理的四路非相干合束 MOPA (主振荡器-功率放大)高功率激光系统。
背景技术：
我们知道，目前，基于SBS原理的非相干合束MOPA系统多采用两路 功率放大系统获得两束偏振方向互相垂直的偏振光，再使这两束非相干光迭 加合束，但是采用偏振片合束存在一个缺点，就是最大合束激光为两束。目 前，已报道的采用SBS的MOPA偏振合束系统，输出激光平均功率达到了 500W，但是继续提高输出功率困难很大。由本申请人在先申请的"四路非相 干合束MOPA激光系统"专利，申请号为2006100444563 ，原说明书中部分内 容陈述不清楚而无法实现。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术的不足，提供一种由四 束基于SBS的非相干激光迭加合为一束高光束质量、高输出功率的四路非相 干合束MOPA高功率激光系统
本发明解决上述技术问题采用的技术方案是 一种四路非相干合束 MOPA高功率激光系统，它由主振荡系统、PCM功率放大系统、反射棱镜组 成，其特征是主振荡系统由振荡器、朝下分束镜、朝左分束镜、朝上分束 镜、主全反射平面镜组成，朝下分束镜、朝左分束镜、朝上分束镜、主全反 射平面镜依次分布在振荡器的主光轴上并且依次分别朝向下、左、上、右方
向倾斜与主光轴之间成45°夹角；PCM功率放大系统由下、左、上、右路放
大系统组成，各路放大系统由SBS相位共轭镜、单凸透镜、A放大器、双凸 透镜、B放大器、旋转器、偏振分束镜、支全反射平面镜组成，各路放大系 统中的SBS相位共轭镜、单凸透镜、A放大器、双凸透镜、B放大器、旋转 器、偏振分束镜、支全反射平面镜依次分布在一条支光轴上，各路放大系统的 支光轴相互平行并且以主振荡系统中的主光轴为中心轴对称分布依次在正四
棱柱形的下、左、上、右棱边位置，各路放大系统的支全反射平.面镜分别与其 所在支光轴成45°夹角；所述反射棱镜由下、左、上、右棱面全反射镜组成， 下、左、上、右棱面全反射镜的各等腰三角形底边围成反射棱镜的正方形底 面，下、左、上、右棱面全反射镜依次分别朝向下、左、上、右方倾斜与反 射棱镜的正方形底面成45。夹角，各个棱面全反射镜等腰三角形底边上高线的 中点和各路放大系统中支全反射平面镜的中心位置共面，各路放大系统中支 全反射平面镜的中心位置所在平面与各路放大系统的支光轴垂直,各路放大 系统中的偏振分束镜与支光轴成45°夹角且与所在光轴中的支全反射平面镜 平行；主振荡系统中的朝下、朝左、朝上分束镜、主全反射平面镜依次分别 与下、左、上、右路放大系统中的相应偏振分束镜相对且方向正交，下、左、 上、右路放大系统中的各支全反射平面镜依次分别与反射棱镜的相应下、左、 上、右棱面全反射镜相对且平行。
本发明主振荡系统中的主光轴与下路放大系统、上路放大系统的支光 轴、下棱面全反射镜底边上的高线、上棱面全反射镜底边上的高线在同一平 面内；主振荡系统中的主光轴与左路放大系统、右路放大系统的支光轴、左 棱面全反射镜底边上的高线、右棱面全反射镜底边上的高线在同一平面内。
本发明能够由四路放大系统获得四束非相干激光迭加合束，具有激光输 出功率高、光束质量好的优点。适于做大功率激光器，应用于军事、工业等 领域。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。' 图l是本发明立体光路分布的平面示意图2是本发明下路放大系统、上路放大系统、下棱面全反射镜底边上高线、 上棱面全反射镜底边上高线所在平面内的光路分布示意图3是本发明左路放大系统、右路放大系统、左棱面全反射镜底边上高线、 右棱面全反射镜底边上高线所在平面内的光路分布示意图4是本发明各路放大系统支全反射平面镜中心和反射棱镜的各棱面全 反射镜底边上高线中点所在平面的光路分布示意图5是本发明四束非相干激光合束近场光场分布图6是本发明四束非相干激光合束远场光场分布图。
具体实施例方式
实施例l:由图l、图2、 3所示， 一种四路非相干合束MOPA高功率激 光系统，由主振荡系统l、 PCM功率放大系统2、反射棱镜3组成。所述主 振荡系统1由振荡器10、朝下分束镜11、朝左分束镜12、朝上分束镜13、 主全反射平面镜14组成，朝下分束镜ll、朝左分束镜12、朝上分束镜13、 主全反射平面镜14依次分布在振荡器10的主光轴1-1上并且依次分别朝向 下、左、上、右方倾斜与主光轴1-1之间成45。夹角；所述PCM功率放大系 统2由下路放大系统2-l、左路放大系统2-2、上路放大系统2-3、右路放大 系统2-4组成，下路放大系统2-l由SBS相位共轭镜211、单凸透镜221、 A 放大器231、双凸透镜2212、 B放大器2312、旋转器241、偏振分束镜251、 支全反射平面镜261组成，SBS相位共轭镜211、单凸透镜221、A放大器231、 双凸透镜2212、 B放大器2312、旋转器241、偏振分束镜251、支全反射平 面镜261依次分布在一条支光轴2-1-1上;左路放大系统2-2由SBS相位共 轭镜212、单凸透镜222、 A放大器232、双凸透镜2222、 B放大器2322、旋 转器242、偏振分束镜252、支全反射平面镜262组成，SBS相位共轭镜212、 单凸透镜222、 A放大器232、双凸透镜2222、 B放大器2322、旋转器242、 偏振分束镜252、支全反射平面镜262依次分布在一条支光轴2-2-2上；上路 放大系统2-3由SBS相位共轭镜213、单凸透镜223、 A放大器233、双凸透 镜2232、 B放大器2332、旋转器243、偏振分束镜253、支全反射平面镜263 组成，SBS相位共轭镜213、单凸透镜223、 A放大器233、双凸透镜2232、 B放大器2332、旋转器243、偏振分束镜253、支全反射平面镜263依次分布 在一条支光轴2-3-3上；右路放大系统2-4由SBS相位共轭镜214、单凸透镜 224、 A放大器234、双凸透镜2242、 B放大器2342、旋转器244、偏振分束 镜254、支全反射平面镜264组成，SBS相位共轭镜214、单凸透镜224、 A 放大器234、双凸透镜2242、 B放大器2342、旋转器244、偏振分束镜254、 支全反射平面镜264依次分布在一条支光轴2-4-4上；各路放大系统2-1 、2-2、 2-3、 2-4的支光轴2-卜l、 2-2-2、 2-3-3、 2-4-4相互平行并且以主振荡系统 中的主光轴1-1为中心轴对称分布依次在正四棱柱形的下、左、上、右棱边 位置，下、左、上、右路放大系统2-l、 2-2、 2-3、 2-4的各支全反射平面镜261、 262、 263、 264与其所在支光轴成45。夹角；所述反射棱镜3由下、左、 上、右棱面全反射镜31、 32、 33、 34组成，下、左、上、右棱面全反射镜 31、 32、 33、 34的等腰三角形底边围成反射棱镜3的正方形底面30，下、左、 上、右棱面全反射镜31、 32、 33、 34依次分别朝向下、左、上、右方倾斜与 反射棱镜3的正方形底面30成45。夹角，下、左、上、右各个棱面全反射镜 31、 32、 33、 34的等腰三角形底边上高线的中点3A、 3B、 3C、 3D和下、 左、上、右路放大系统2-l、 2-2、 2-3、 2-4的支全反射平面镜261、 262、 263、 264的中心位置2a、 2b、 2c、 2d共面，在该平面的光路分布示意图如图4所 示，下、左、上、右路放大系统的支全反射平面镜261、 262、 263、 264的中 心位置2a、 2b、 2c、 2d所在平面与下、左、上、右路放大系统2-l、 2-2、 2-3、 2-4的各支光轴2-1-1、 2-2-2、 2-3-3、 2-4-4垂直；主振荡系统1的朝下分 束镜11与下路放大系统2-l的偏振分束镜251相对且方向正交，主振荡系统 1的朝上分束镜13与上路放大系统2-3的偏振分束镜253相对且方向正交， 主振荡系统1的朝左分束镜12与左路放大系统2-2的偏振分束镜252相对且 方向正交，主振荡系统1的主全反射平面镜14与右路放大系统2-4的偏振分 束镜254相对且方向正交；下、左、上、右路放大系统2-l、 2-2、 2-3、 2-4 中的偏振分束镜251、 252、 253、 254分别与各所在支光轴成45°夹角并且与 所在光轴中的支全反射平面镜261、 262、 263、 264平行；在下、左、上、右 路放大系统2-l、 2-2、 2-3、 2-4中的各支全反射平面镜261、 262、 263、 264 依次分别与所对应的下、左、上、右棱面全反射镜31、 32、 33、 34相对且平 行。
实施例2:如实施例1所述的四路非相干合束MOPA高功率激光系统， 主振荡系统1中的主光轴1-1与下路放大系统2-1的支光轴2-l-l、上路放大 系统2-3的支光轴2-3-3、反射棱镜3的下棱面全反射镜31底边上的高线、 上棱面全反射镜33底边上的高线在同一平面内，在该平面的光路分布示意图 如图2所示；主振荡系统1中的主光轴1-1与左路放大系统2-2的支光轴 2-2-2、右路放大系统2-4的支光轴2-4-4、反射棱镜3的左棱面全反射镜32 底边上的高线、右棱面全反射镜34底边上的高线在同一平面内，在该平面的 光路分布示意图如图3所示。
本发明上述所说的振荡器10、朝下分束镜ll、朝左分束镜12、朝上分
束镜13、主全反射平面镜14、 SBS相位共轭镜、凸透镜、A放大器、B放大 器、旋转器、偏振分束镜等组成部件属于现有技术。为减少激光介质的热负 载、热透镜效应以及热至退偏效应，提高效率，主振荡器10与各放大器都可 以采用二极管抽运。
本发明工作原理是:振荡器10发出的高质量激光光束分别被朝下、朝左、 朝上分束镜ll、 12、 13、主全反射平面镜14分成强度相等的四部分激光束, 分别入射到下、左、上、右路放大系统2-l、 2-2、 2-3、 2-4的各偏振分束镜 251、 252、 253、 254上，经过各偏振分束镜251、 252、 253、 254反射的偏 振光的振动方向垂直与入射面，经过各SBS相位共轭镜211、 212、 213、 214 波形畸变补偿、各A放大器231、 232、 233、 234、 B放大器2312、 2322、 2332、 2342双程放大后，再经过各旋转器241、 242、 243、 244分别使四束 激光的偏振方向在合束前成一定角度，以免各路光束在合束迭加过程中互相 干涉，再分别由各支全反射平面镜261、 262、 263、 264反射到相应的下、左、 上、右棱面全反射镜31、 32、 33、 34上经过反射分别输出高光束质量、高光 功率的激光,这四束激光传播方向相同，相距较近，传播一定距离后重合为一 束光束，从而获得较高光束质量、高功率的激光输出。
本发明能够由四路放大系统2-l、 2-2、 2-3、 2-4获得四束非相干激光迭 加合束，具有激光输出功率高、光束质量好的优点。
本发明为了分析四束非相干激光束的光束质量，数值模拟了合成光束的 近场及远场的光场分布。各路放大系统输出高斯光束的激光，合束后激光近 场的光场分布如图5所示，从图5中可以看出由反射棱镜反射后出射的四束 激光光斑呈对称分布，光斑区分明显。经过传输一段较远的距离后，激光光 场分布如图6所示，从图6中可以看出四束激光在远场已经合成一束激光， 光斑呈现近高斯光束分布。这说明多光束非相干合束可以获得较高光束质量、 高功率的激光输出。
本发明以上述四路非相干合束MOPA激光系统为例做了介绍。也可以增 加放大系统的路数，反射棱镜3可以是多面的，每一表面可以反射一路激光， 这样可以实现3路、4路、5路、6路、7路、8路等多束激光合束，可以获 得平均功率KW级以上的输出。
权利要求
1.一种四路非相干合束MOPA高功率激光系统，它由主振荡系统、PCM功率放大系统、反射棱镜组成，其特征是主振荡系统由振荡器、朝下分束镜、朝左分束镜、朝上分束镜、主全反射平面镜组成，朝下分束镜、朝左分束镜、朝上分束镜、主全反射平面镜依次分布在振荡器的主光轴上并且依次分别朝向下、左、上、右方倾斜与主光轴之间成45°夹角；PCM功率放大系统由下、左、上、右路放大系统组成，各路放大系统由SBS相位共轭镜、单凸透镜、A放大器、双凸透镜、B放大器、旋转器、偏振分束镜、支全反射平面镜组成，各路放大系统的SBS相位共轭镜、单凸透镜、A放大器、双凸透镜、B放大器、旋转器、偏振分束镜、支全反射平面镜依次分布在一条支光轴上，各路放大系统的支光轴相互平行并且以主振荡系统中的主光轴为中心轴对称分布依次在正四棱柱形的下、左、上、右棱边位置，下、左、上、右路放大系统的支全反射平面镜与其所在支光轴成45°夹角；所述反射棱镜由下、左、上、右棱面全反射镜组成，下、左、上、右棱面全反射镜的各等腰三角形底边围成反射棱镜的正方形底面，下、左、上、右棱面全反射镜分别与反射棱镜的正方形底面成45°夹角，下、左、上、右棱面全反射镜等腰三角形底边上高线的中点和下、左、上、右路放大系统的各支全反射平面镜的中心位置共面，下、左、上、右路放大系统的各支全反射平面镜的中心位置所在平面与各路放大系统的支光轴垂直，下、左、上、右路放大系统中的各偏振分束镜分别与所在光轴中各支全反射平面镜平行；主振荡系统的朝下、朝左、朝上分束镜、主全反射平面镜依次分别与下、左、上、右路放大系统的相应偏振分束镜相对且方向正交，下、左、上、右路放大系统的各支全反射平面镜依次分别与反射棱镜的相应下、左、上、右棱面全反射镜相对且平行。
全文摘要
本发明涉及一种四路非相干合束MOPA高功率激光系统，它由主振荡系统、PCM功率放大系统、反射棱镜组成，主振荡系统包括振荡器10、分束镜11、12、13、主全反射平面镜14；PCM功率放大系统包括四路放大系统2-1、2-2、2-3、2-4，各路是由SBS相位共轭镜、凸透镜、两个放大器、旋转器、偏振分束镜、支全反射平面镜组成的光学系统，它们的光轴对称分布在正四棱柱的四条棱边位置，各支全反射平面镜分别与其光轴成45°夹角，各分束镜分别与各路的偏振分束镜相对且正交，各支全反射平面镜分别与所对应的棱面全反射镜31、32、33、34相对且平行；获得四束非相干激光合束。本发明具有激光输出功率高、光束质量好的优点。应用于军事、工业等领域。
文档编号G02B27/00GK101364700SQ20081015726
公开日2009年2月11日 申请日期2008年9月27日 优先权日2008年9月27日
发明者付石友, 孙正和, 孙玉德, 田兆硕 申请人:哈尔滨工业大学(威海)