基于二向色镜45°入射的光谱合成装置及方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于二向色镜45°入射的光谱合成装置及方法，四个光纤激光器同时发出激光，其中第一光纤激光器发出的激光经第一截止滤光片反射，第二光纤激光器发出的激光经第一截止滤光片透射，透射光与反射光合为一束射入第二截止滤光片，经第二截止滤光片反射，第三激光纤激光器发出的激光经第二截止滤光片透射，所述透射光和发射光合为一束，射入第三截止滤光片，经第三截止滤光片反射，同时第四光纤激光器发出的激光经第三截止滤光片透射，所述透射光和反射光合为一束出射。本发明通过对4个6kW光纤激光器进行合束，获得了超过20kW的激光输出，由于截止滤光片工作角度为45°使得整体装置结构简单、紧凑、合束效率高、光束质量及稳定性好。
【专利说明】
基于二向色镜45°入射的光谱合成装置及方法
技术领域
[0001]本发明涉及强激光合束领域，具体涉及一种基于二向色镜45°入射的光谱合成装置及方法。
【背景技术】
[0002]中国专利CN201310579762.7提出了一种《基于体布拉格光栅的光谱合束万瓦级光纤激光器》，通过使用体布拉格光栅对五束光纤激光进行有效合束，实现合束万瓦级激光功率输出。
[0003]中国专利CN201510181571.4也提出了《一种多波长合束系统和方法》，通过激光器阵列、透镜组、和色散元件的相互配合，实现对多束不同波长的激光的合束，但它们所采用的合束元件均为光栅，与截止滤光片相比，光栅功率阈值较低，且对位置公差较敏感。同时，随着入射激光功率的增大，激光光谱会逐渐展宽，这将导致合束后的光束质量变差。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种基于二向色镜45°入射的光谱合成装置及方法，对位置公差不敏感，系统稳定，且功率阈值较高，可以达到24kW的功率输出，同时由于滤光片光谱曲线陡直度较高，使得激光光谱展宽对合束后的光束质量影响不大。
[0005]实现本发明目的的技术解决方案为:一种基于二向色镜45°入射的光谱合成装置，包括第一光纤激光器、第二光纤激光器、第三激光纤激光器、第四光纤激光器、第一截止滤光片、第二截止滤光片和第三截止滤光片，第一光纤激光器和第三激光纤激光器发出的激光平行，第二光纤激光器和第四光纤激光器发出的激光平行，且第二光纤激光器和第四光纤激光器发出的激光分别与第一光纤激光器和第三激光纤激光器发出的激光垂直;第一截止滤光片位于第一光纤激光器和第二光纤激光器发出激光的交界处，第二截止滤光片位于第二光纤激光器和第三激光纤激光器发出激光的交界处，第三截止滤光片位于第三激光纤激光器和第四光纤激光器发出激光的交界处。
[0006]第一光纤激光器、第二光纤激光器、第三激光纤激光器、第四光纤激光器同时发出激光，其中第一光纤激光器发出的激光经第一截止滤光片反射，第二光纤激光器发出的激光经第一截止滤光片透射，透射光与反射光合为一束射入第二截止滤光片，经第二截止滤光片反射，第三激光纤激光器发出的激光经第二截止滤光片透射，所述透射光和发射光合为一束，射入第三截止滤光片，经第三截止滤光片反射，同时第四光纤激光器发出的激光经第三截止滤光片透射，所述透射光和反射光合为一束出射，即将四束激光合束。
[0007]一种采用基于二向色镜45°入射的光谱合成装置的光谱合成方法，方法如下:
第一光纤激光器、第二光纤激光器、第三激光纤激光器、第四光纤激光器同时发出激光，其中第一光纤激光器发出的激光经第一截止滤光片反射，第二光纤激光器发出的激光经第一截止滤光片透射，透射光与反射光合为一束射入第二截止滤光片，经第二截止滤光片反射，第三激光纤激光器发出的激光经第二截止滤光片透射，所述透射光和发射光合为一束，射入第三截止滤光片，经第三截止滤光片反射，同时第四光纤激光器发出的激光经第三截止滤光片透射，所述透射光和反射光合为一束出射，即将四束激光合束。
[0008]本发明与现有技术相比，其显著优点在于:通过对4个6kW光纤激光器进行合束，获得了超过20kW的激光输出，由于截止滤光片工作角度为45°使得整体装置结构简单、紧凑、合束效率高、光束质量及稳定性好。
【附图说明】
[0009]图1为本发明基于二向色镜45°入射的光谱合成装置的结构示意图
【具体实施方式】
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
[0010]结合图1，一种基于二向色镜45°入射的光谱合成装置，包括第一光纤激光器1、第二光纤激光器2、第三激光纤激光器3、第四光纤激光器4、第一截止滤光片5、第二截止滤光片6和第三截止滤光片7，第一光纤激光器I和第三激光纤激光器3发出的激光平行，第二光纤激光器2和第四光纤激光器4发出的激光平行，且第二光纤激光器2和第四光纤激光器4发出的激光分别与第一光纤激光器I和第三激光纤激光器3发出的激光垂直;第一截止滤光片5位于第一光纤激光器I和第二光纤激光器2发出激光的交界处，第二截止滤光片6位于第二光纤激光器2和第三激光纤激光器3发出激光的交界处，第三截止滤光片7位于第三激光纤激光器3和第四光纤激光器4发出激光的交界处。
[0011 ] 第一光纤激光器1、第二光纤激光器2、第三激光纤激光器3、第四光纤激光器4同时发出激光，其中第一光纤激光器I发出的激光经第一截止滤光片5反射，第二光纤激光器2发出的激光经第一截止滤光片5透射，透射光与反射光合为一束射入第二截止滤光片6，经第二截止滤光片6反射，第三激光纤激光器3发出的激光经第二截止滤光片6透射，所述透射光和发射光合为一束，射入第三截止滤光片7，经第三截止滤光片7反射，同时第四光纤激光器4发出的激光经第三截止滤光片7透射，所述透射光和反射光合为一束出射，即将四束激光
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[0012]所述第一截止滤光片5与第一光纤激光器I发出的激光所呈的夹角为45°;第二截止滤光片6与第三激光纤激光器3发出的激光所呈的夹角为45°;第三截止滤光片7与第三激光纤激光器3发出的激光所呈的夹角为45°。
[0013]所述第一光纤激光器1、第二光纤激光器2、第三激光纤激光器3和第四光纤激光器4均为掺镱光纤激光器，中心波长λ介于1.06-1.Ιμπι之间，20dB线宽小于23nm，激光束准直输出，可连续输出6kW平均功率。
[0014]四台光纤激光器的中心波长A1MM，λ4等间隔，波长间距大于7nm。
[0015]所述第一截止滤光片5直径为50mm，宽度为10mm，第一截止滤光片5对第一光纤激光器I发出的激光高反，反射率大于99.9%，对第二光纤激光器2发出的激光高透，透射率大于98%，透射率从0.1%到98%的带宽小于9nm。
[0016]所述第二截止滤光片6直径为50mm，宽度为10mm，第二截止滤光片6对第一光纤激光器I发出的激光和第二光纤激光器2发出的激光高反，反射率大于99.9%，对第三激光纤激光器3发出的激光高透，透射率大于98%，透射率从0.1%到98%的带宽小于9nm。
[0017]所述第三截止滤光片7直径为50mm，宽度为10mm，第三截止滤光片7对第一光纤激光器1、第二光纤激光器2和第三激光纤激光器3发出的激光高反，反射率大于99.9%，对第四光纤激光器4发出的激光高透，透射率大于98%，透射率从0.1%到98%的带宽小于9nm。
[0018]所述第一截止滤光片5、第二截止滤光片6和第三截止滤光片7的功率阈值均大于24kff0
[0019]一种采用基于二向色镜45°入射的光谱合成装置的光谱合成方法，方法如下:
第一光纤激光器1、第二光纤激光器2、第三激光纤激光器3、第四光纤激光器4同时发出激光，其中第一光纤激光器I发出的激光经第一截止滤光片5反射，第二光纤激光器2发出的激光经第一截止滤光片5透射，透射光与反射光合为一束射入第二截止滤光片6，经第二截止滤光片6反射，第三激光纤激光器3发出的激光经第二截止滤光片6透射，所述透射光和发射光合为一束，射入第三截止滤光片7，经第三截止滤光片7反射，同时第四光纤激光器4发出的激光经第三截止滤光片7透射，所述透射光和反射光合为一束出射，即将四束激光合束。
[0020]所述第一截止滤光片5与第一光纤激光器I发出的激光所呈的夹角为45°;第二截止滤光片6与第三激光纤激光器3发出的激光所呈的夹角为45°;第三截止滤光片7与第三激光纤激光器3发出的激光所呈的夹角为45°。
[0021]综上所述，本发明通过对4个6kW光纤激光器进行合束，获得了超过20kW的激光输出，由于截止滤光片工作角度为45°使得整体装置结构简单、紧凑、合束效率高、光束质量及稳定性好。
【主权项】
1.一种基于二向色镜45°入射的光谱合成装置，其特征在于:包括第一光纤激光器(I)、第二光纤激光器(2)、第三激光纤激光器(3)、第四光纤激光器(4)、第一截止滤光片(5)、第二截止滤光片(6)和第三截止滤光片(7)，第一光纤激光器(I)和第三激光纤激光器(3)发出的激光平行，第二光纤激光器(2)和第四光纤激光器(4)发出的激光平行，且第二光纤激光器(2)和第四光纤激光器(4)发出的激光分别与第一光纤激光器(I)和第三激光纤激光器(3)发出的激光垂直;第一截止滤光片(5)位于第一光纤激光器(I)和第二光纤激光器(2)发出激光的交界处，第二截止滤光片(6)位于第二光纤激光器(2)和第三激光纤激光器(3)发出激光的交界处，第三截止滤光片(7)位于第三激光纤激光器(3)和第四光纤激光器(4)发出激光的交界处； 第一光纤激光器(I)、第二光纤激光器(2)、第三激光纤激光器(3)、第四光纤激光器(4)同时发出激光，其中第一光纤激光器(I)发出的激光经第一截止滤光片(5)反射，第二光纤激光器(2)发出的激光经第一截止滤光片(5)透射，透射光与反射光合为一束射入第二截止滤光片(6)，经第二截止滤光片(6)反射，第三激光纤激光器(3)发出的激光经第二截止滤光片(6)透射，所述透射光和发射光合为一束，射入第三截止滤光片(7)，经第三截止滤光片(7)反射，同时第四光纤激光器(4)发出的激光经第三截止滤光片(7)透射，所述透射光和反射光合为一束出射，即将四束激光合束。2.根据权利要求1所述的基于二向色镜45°入射的光谱合成装置，其特征在于:所述第一截止滤光片(5)与第一光纤激光器(I)发出的激光所呈的夹角为45° ;第二截止滤光片(6)与第三激光纤激光器(3)发出的激光所呈的夹角为45°;第三截止滤光片(7)与第三激光纤激光器(3)发出的激光所呈的夹角为45°。3.根据权利要求1所述的基于二向色镜45°入射的光谱合成装置，其特征在于:所述第一光纤激光器(I)、第二光纤激光器(2)、第三激光纤激光器(3)和第四光纤激光器(4)均为掺镱光纤激光器，中心波长λ介于1.06-1.1mi之间，20dB线宽小于23nm，激光束准直输出，可连续输出6kW平均功率。4.根据权利要求3所述的基于二向色镜45°入射的光谱合成装置，其特征在于:四台光纤激光器的中心波长A1，λ2，λ3，λ4等间隔，波长间距大于7nm。5.根据权利要求1所述的基于二向色镜45°入射的光谱合成装置，其特征在于:所述第一截止滤光片(5)直径为50_，宽度为10_，第一截止滤光片(5)对第一光纤激光器(I)发出的激光高反，反射率大于99.9%，对第二光纤激光器(2)发出的激光高透，透射率大于98%，透射率从0.1%到98%的带宽小于9nm。6.根据权利要求1所述的基于二向色镜45°入射的光谱合成装置，其特征在于:所述第二截止滤光片(6)直径为50_，宽度为10_，第二截止滤光片(6)对第一光纤激光器(I)发出的激光和第二光纤激光器(2)发出的激光高反，反射率大于99.9%，对第三激光纤激光器(3)发出的激光高透，透射率大于98%，透射率从0.1%到98%的带宽小于9nm。7.根据权利要求1所述的基于二向色镜45°入射的光谱合成装置，其特征在于:所述第三截止滤光片(7)直径为50mm，宽度为10mm，第三截止滤光片(7)对第一光纤激光器(I)、第二光纤激光器(2)和第三激光纤激光器(3)发出的激光高反，反射率大于99.9%，对第四光纤激光器(4)发出的激光高透，透射率大于98%，透射率从0.1%到98%的带宽小于9nm。8.根据权利要求1所述的基于二向色镜45°入射的光谱合成装置，其特征在于:所述第一截止滤光片(5)、第二截止滤光片(6)和第三截止滤光片(7)的功率阈值均大于24kW。9.一种采用如权利要求1所述的基于二向色镜45°入射的光谱合成装置的光谱合成方法，其特征在于，方法如下: 第一光纤激光器(I)、第二光纤激光器(2)、第三激光纤激光器(3)、第四光纤激光器(4)同时发出激光，其中第一光纤激光器(I)发出的激光经第一截止滤光片(5)反射，第二光纤激光器(2)发出的激光经第一截止滤光片(5)透射，透射光与反射光合为一束射入第二截止滤光片(6)，经第二截止滤光片(6)反射，第三激光纤激光器(3)发出的激光经第二截止滤光片(6)透射，所述透射光和发射光合为一束，射入第三截止滤光片(7)，经第三截止滤光片(7)反射，同时第四光纤激光器(4)发出的激光经第三截止滤光片(7)透射，所述透射光和反射光合为一束出射，即将四束激光合束。10.根据权利要求9所述的基于二向色镜45°入射的光谱合成装置的光谱合成方法，其特征在于:所述第一截止滤光片(5)与第一光纤激光器(I)发出的激光所呈的夹角为45°;第二截止滤光片(6)与第三激光纤激光器(3)发出的激光所呈的夹角为45° ;第三截止滤光片(7)与第三激光纤激光器(3)发出的激光所呈的夹角为45°。
【文档编号】H01S3/23GK105846308SQ201610374132
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年5月31日
【发明人】马骏, 朱日宏, 陈帆, 潘少华
【申请人】南京理工大学