一种光谱合成方法及装置与流程

本发明涉及高功率高光束质量光纤激光输出的光谱合成，具体涉及一种光谱合成方法及装置。

背景技术：

光谱合成技术采用色散光学元件将不同波长的光纤激光合成一束激光输出，由于其具有结构简单、扩展性强、合成光束质量好、不用复杂调控等特点，因此是目前实现高亮度、高功率光纤激光系统的有效技术途径。

在现有技术中，为保证光谱组束的光束质量，每路激光线宽须小于35ghz，但由于受激布里渊散射、自相位调制、模式不稳定等问题的影响，单路窄线宽光纤激光输出功率提高难度较大，而且在应用过程中会由于热畸变、环境温度变化、抖动等原因，导致系统光谱合成光束质量劣化，影响应用效果，传统的光谱合成方法其合成的路数仅在数十路，并且无法保证最终光谱合成的光束质量。

技术实现要素：

本发明旨在解决现有技术中存在光谱合成方法其合成的路数仅在数十路，并且无法保证最终光谱合成的光束质量的技术问题，而提供一种光谱合成方法及装置。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种光谱合成方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

步骤1)将初始光源分束为多路种子宽光谱光源；

步骤2)对每一路种子宽光谱光源进行波长调谐，形成窄线宽光源；

步骤3)对每一路窄线宽光源进行功率放大；

步骤4)将功率放大后的多路窄线宽光源进行密集排列形成光纤阵列；

步骤5)对光纤阵列中的各路光束进行准直并整体聚焦，使所有光束都聚焦在一个焦点；

步骤6)在焦点处进行光路合成，形成光谱合成光束；

步骤7)将光谱合成光束进行分束，形成反射光和透射光；

所述反射光输入至功率计或目标靶面；

所述透射光进行聚焦后成像，根据成像效果控制步骤2)的调谐波长，从而控制反射光输出的光束质量。

进一步地，步骤1)中所述初始光源为宽谱超荧光光源。

进一步地，步骤7)中的所述反射光占所述合成光路的99％以上。

进一步地，步骤3)中所述每一路窄线宽光源均依次通过泵浦合束器、放大级增益光纤对其进行功率放大。

进一步地，步骤7)中所述透射光通过聚焦透镜进行聚焦后入射至ccd进行成像。

基于上述的一种光谱合成方法，本发明还提供了一种光谱合成装置，其特殊之处在于：包括依次设置的激光光源、分束器、可调滤波功率放大组件、变焦反射镜、衍射光栅、分束镜，以及聚焦透镜和ccd；

所述激光光源发射宽谱的初始光源；

所述分束器将初始光源分为多路种子宽光谱光源；

每一路所述种子宽光谱光源上均设有可调滤波功率放大组件；

所述可调滤波功率放大组件包括可调谐滤波器、泵浦合束器、增益光纤；

所述可调谐滤波器的光信号输入端用于接收种子宽光谱光源；

所述泵浦合束器的光信号输入端与可调谐滤波器的光信号输出端连接，其泵浦端连接泵浦源，其光信号输出端与增益光纤的输入端连接；

所述增益光纤的输出端连接传输光纤；

所有传输光纤紧密排列形成光纤阵列；

所述光纤阵列的输出光线被变焦反射镜聚焦在同一焦点；

所述衍射光栅位于所述焦点处，用于形成光谱合成光束；

所述分束镜将光谱合成光束分为反射光和透射光；

所述反射光入射至功率计或目标靶面；

所述透射光经聚焦透镜聚焦后入射至ccd；

所述ccd位于聚焦透镜的焦点处，并与所述可调谐滤波器的电信号反馈端连接，用于对聚焦后的光束进行成像，并将成像信息反馈至可调谐滤波器。

进一步地，所述分束镜的反射率为99.9％。

进一步地，还包括反射镜；所述反射镜位于分束镜与聚焦透镜之间，用于将透射光反射至聚焦透镜。

进一步地，所述衍射光栅为棱镜或透射光栅或反射光栅。

进一步地，所述激光光源为宽谱超荧光光源。

本发明的有益效果是：

1.本发明的光谱合成方法及装置能够在有限空间内实现数十路甚至上百路的光谱合成，并且通过建立实时反馈控制系统，克服温度、湿度、抖动等外界因素造成的光束质量劣化，保证光谱合成的作用效果。

2.本发明在分束镜与聚焦透镜之间还设置了反射镜，使得各个光学器件的空间设置更合理，可以减小占用空间。

附图说明

图1是本发明一种光谱合成装置的结构示意图。

附图说明：

1-激光光源，2-分束器，3-可调谐滤波器，4-泵浦合束器，5-增益光纤，6-光纤阵列，7-变焦反射镜，8-衍射光栅，9-光谱合成光束，10-分束镜，11-功率计，12-透射光，13-反射镜，14-聚焦透镜，15-ccd，17-泵浦源。

具体实施方式

为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种光谱合成方法及装置作进一步详细说明。根据下面具体实施方式，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是：附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的；其次，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。

本发明的工作原理为：采用可调谐技术分割宽谱超荧光光源，实现上百路种子激光分割，并通过可调滤波功率放大组件实现上千瓦窄线宽光纤激光输出，后通过衍射光栅和密集的光纤阵列实现光谱合成，并分一部分光作为参考光，通过前段可调谐技术进行光谱变换，实现最终反馈控制建立，保证最终的光束质量。

一种光谱合成装置，如图1所示，包括依次设置的激光光源1、分束器2、可调滤波功率放大组件、变焦反射镜7、衍射光栅8、分束镜10，以及反射镜13、聚焦透镜14和ccd15；

该激光光源1为宽谱超荧光光源，宽谱超荧光光源发射宽谱的初始光源；分束器2将初始光源分为多路种子宽光谱光源；每一路种子宽光谱光源上均设有可调滤波功率放大组件；可调滤波功率放大组件包括可调谐滤波器3、泵浦合束器4、增益光纤5；可调谐滤波器3的光信号输入端用于接收种子宽光谱光源；泵浦合束器4的光信号输入端与可调谐滤波器3的光信号输出端连接，其泵浦端连接泵浦源17，其光信号输出端与增益光纤5的输入端连接；增益光纤5的输出端连接传输光纤。

所有传输光纤紧密排列通过光纤阵列夹具夹持整体形成光纤阵列6；光纤阵列6的输出光线被变焦反射镜7聚焦在同一焦点；衍射光栅8位于焦点处，用于形成光谱合成光束9；该衍射光栅8为棱镜或透射光栅或反射光栅。分束镜10将光谱合成光束9分为反射光和透射光12；该分束镜10的反射率为99.9％；分束后的反射光入射至功率计11或目标靶面；透射光12先经过反射镜13反射，而后到达聚焦透镜14，经聚焦透镜14聚焦后入射至ccd15；ccd15位于聚焦透镜14的焦点处，并与可调谐滤波器3的电信号反馈端连接，用于对聚焦后的光束进行成像，并将成像信息反馈至可调谐滤波器3。

该光谱合成装置的工作过程如下：

步骤1)宽谱的超荧光光源的出射光通过分束器2实现数十路或者上百路种子宽光谱光源；

步骤2)每一路种子宽光谱光源上设置一个可调谐滤波器3，可调谐滤波器3对单路种子宽光谱光源进行波长调谐，形成窄线宽光源；该可调谐滤波器3还可以由空间调谐装置代替，主要用于实现小功率单路不同光谱输出，同时能够对每路的光谱进行调整，以实现后续的反馈控制；

步骤3)单路不同光谱输出光线通过泵浦合束器4和增益光纤5实现单路窄线宽光源的功率放大，放大功率可到数千瓦；

步骤4)所有放大后的不同光谱通过密集排列形成光纤阵列6并输出；

步骤5)各路输出的激光通过变焦反射镜7实现对各路光束的准直并整体聚焦，使所有光束都聚焦在一个焦点；

步骤6)在焦点的位置放置衍射光栅8，该衍射光栅8为棱镜或透射光栅或反射光栅等，根据光栅衍射角度，调节光束与光栅的位置关系，使得多路光谱激光通过衍射光栅8后能够形成最佳的光谱合成光束9；

步骤7)光谱合成光束9通过一个反射率为99.9％的分束镜10，大部分反射光照射到功率计11或目标靶面，少部分透射光12经过反射镜13被聚焦透镜14聚焦，ccd15放置于聚焦透镜14的焦点处，光谱合成光束效果在ccd15上显示合成效果；合成效果通过反馈控制传递到可调谐滤波器3上，对输入的每一路种子宽光谱光源进行实时调整，以达到最佳光谱合成效果。