一种紧凑化光谱合成装置的制作方法

本发明涉及激光，尤其涉及一种紧凑化光谱合成装置。

背景技术：

1、高光束质量、高平均功率以及高峰值功率的激光光源在工业生产、装备制造领域具有重要的应用前景。在激光切割领域中，更高的平均功率、更优的光束质量代表更快的切割速率、更厚的切割能力。在激光焊接领域中，更高的平均功率、更优的光束质量代表更快的焊接速度、更精细的焊接质量。

2、受限于非线性效应及模式不稳定性的影响，单纤单模输出的极限功率在万瓦级。光谱合成技术能够把多束不同波长的激光合成为一束，在提高输出总功率水平的同时保持较好的光束质量，从而提高激光的亮度。

3、目前，光谱合成装置包括基于多层介质膜光栅的光谱合成装置和基于双色镜的光谱合成装置。在基于多层介质膜光栅的光谱合成装置中，为了获得高功率、高光束质量光谱合成输出，需要使用价格昂贵的高功率窄线宽激光子束及多层介质膜光栅，导致实现高功率、高光束质量的光谱合成装置的成本太高。同时，由于光栅的色散效应，无法实现脉冲型激光的高功率、高光束质量光谱合成。相比之下，基于双色镜的光谱合成装置是一种较为简单的光谱合成装置。

4、传统的基于双色镜的光谱合成装置如图1所示，一片双色镜通过其双色膜对一束中心波长为λ1的激光增透，并对另一束中心波长为λ2的激光高反，通过调节两束入射激光的角度，通过双色膜的作用实现两束光束的合成，从而实现高功率、高光束质量的光谱合成输出。

5、该种光谱合成装置的优点在于可实现脉冲激光的光谱合成，且降低了对合成子束带宽的要求，从而减小了光谱合成装置的成本。但是，该种光谱合成装置为级联型光谱合成装置。若需要实现n束激光的光谱合成，则需要（n-1）块不同膜系参数的双色镜。假设两个双色镜之间的间距为20cm，则实现6束光束光谱合成的长度大于1m，导致光谱合成装置的体积庞大，无法实现光谱合成装置的小型化，限制了其应用。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种紧凑化光谱合成装置。

2、本发明提供如下技术方案：

3、一种紧凑化光谱合成装置，包括激光发射单元、第一双色镜和第一反射镜；

4、所述激光发射单元用于发射若干激光子束，所述激光子束的中心波长互不相同，所述激光子束相互平行；

5、所述第一双色镜与所述第一反射镜相互平行，且所述第一双色镜位于所述激光发射单元与所述第一反射镜之间；

6、所述第一双色镜背向所述激光发射单元的表面设有第一光学薄膜，所述第一光学薄膜允许所述激光子束自所述第一双色镜内部透射而出，以及反射经所述第一反射镜反射的所述激光子束，所述第一反射镜用于将自所述第一双色镜内部透射而出的所述激光子束反射至另一个所述激光子束透射而出的位置处，以使所述激光子束合束。

7、作为对所述紧凑化光谱合成装置的进一步可选的方案，若干所述激光子束沿第一方向依次排列，所述第一光学薄膜包括若干第一子薄膜，所述第一子薄膜与所述激光子束对应设置；

8、对应于首个所述激光子束的所述第一子薄膜为增透膜，其余所述第一子薄膜为双色膜，所述双色膜允许对应的所述激光子束透射以及反射排列在前的所述激光子束；

9、所述第一反射镜用于将自所述第一双色镜内部透射而出的所述激光子束反射至下一个所述激光子束透射而出的位置处。

10、作为对所述紧凑化光谱合成装置的进一步可选的方案，若干所述激光子束沿所述第一方向等间距排列，所述第一方向与所述激光子束的光轴垂直；

11、其中，所述激光子束沿所述第一方向的间距为d1，所述激光子束入射至所述第一双色镜朝向所述激光发射单元的表面的入射角为θ，所述第一反射镜与所述第一双色镜的间距为d2，且d1=2*d2*sinθ。

12、作为对所述紧凑化光谱合成装置的进一步可选的方案，所述第一反射镜包括反射部和输出部，所述反射部用于反射未合束完全的所述激光子束，所述输出部允许合束完全的所述激光子束透射而出。

13、作为对所述紧凑化光谱合成装置的进一步可选的方案，所述第一双色镜朝向所述激光发射单元的表面设有增透膜。

14、作为对所述紧凑化光谱合成装置的进一步可选的方案，所述激光发射单元包括若干激光器和若干输出头，所述激光器的数量与所述激光子束的数量相同，若干所述激光器分别发射不同中心波长的所述激光子束，所述输出头与所述激光器对应设置，所述输出头用于对所述激光器发射的所述激光子束进行准直。

15、作为对所述紧凑化光谱合成装置的进一步可选的方案，所述激光子束设有m行n列，n列所述激光子束沿第一方向依次排列，同列的m个所述激光子束沿第二方向依次排列，m和n均为大于1的整数；

16、所述紧凑化光谱合成装置还包括第二双色镜和第二反射镜，所述第二双色镜与所述第二反射镜相互平行，且所述激光发射单元、所述第二双色镜、所述第二反射镜和所述第一双色镜沿所述激光子束的光轴方向排列；

17、所述第二双色镜背向所述激光发射单元的表面设有第二光学薄膜，所述第二光学薄膜包括若干第二子薄膜，所述第二子薄膜与所述激光子束对应设置；

18、对应于首行所述激光子束的所述第二子薄膜为增透膜，其余所述第二子薄膜为双色膜，所述双色膜允许对应的所述激光子束透射以及反射同列且排列在前的所述激光子束；

19、所述第二反射镜用于将自所述第二双色镜内部透射而出的所述激光子束反射至同列的下一个所述激光子束透射而出的位置处。

20、作为对所述紧凑化光谱合成装置的进一步可选的方案，同列的m个所述激光子束沿所述第二方向等间距排列，所述第二方向与所述激光子束的光轴垂直；

21、其中，所述激光子束沿所述第二方向的间距为d1，所述所述激光子束入射至所述第二双色镜朝向所述激光发射单元的表面的入射角为β，所述第二反射镜与所述第二双色镜的间距为d2，且d1=2*d2*sinβ。

22、作为对所述紧凑化光谱合成装置的进一步可选的方案，n列所述激光子束沿所述第一方向等间距排列，所述第一方向与所述激光子束的光轴垂直；

23、其中，所述激光子束沿所述第一方向的间距为d1，所述激光子束入射至所述第一双色镜朝向所述激光发射单元的表面的入射角为θ，所述第一反射镜与所述第一双色镜的间距为d2，且d1=2*d2*sinθ。

24、作为对所述紧凑化光谱合成装置的进一步可选的方案，所述第二双色镜朝向所述激光发射单元的表面设有增透膜。

25、本发明的实施例具有如下有益效果：

26、激光发射单元发射出的若干激光子束入射至第一双色镜朝向激光发射单元的表面，并进入第一双色镜内部，然后在第一双色镜背向激光发射单元的表面透射而出。以其中一个激光子束为例，该激光子束入射至第一反射镜后，被第一反射镜反射至另一个激光子束透射而出的位置处，并被第一光学薄膜再次反射。由于第一双色镜与第一反射镜相互平行，故该激光子束经过两次反射后光轴方向不变，与另一个激光子束的光轴重合，从而实现合束。以此类推，通过第一双色镜和第一反射镜可以将两个及以上数量的激光子束合为一束激光，无需更多数量的光学镜片，结构更加紧凑，显著减小了光谱合成装置的体积。

27、为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显和易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，做详细说明如下。