衍射光学元件为CBC提供多种优势

随着导弹拦截等安全应用以及焊接和切割等重工业应用对高功率、高亮度激光束的需求不断增加，对多千瓦固态激光解决方案的需求变得迫切。然而，单光纤激光器的输出功率受到高功率水平下的非线性效应和热效应的限制。相干光束合并（CBC）是一种可以在不影响光束质量的情况下增加多个光纤激光器输出功率的技术。由于能够提供具有优异光束质量的高功率激光束，CBC市场正在迅速增长。CBC已被用于各种应用，如材料加工、科学研究和国防等领域。特别是，CBC已广泛应用于导弹拦截等安全应用和焊接、切割等重工业应用。

相干光束组合如何工作？

在相干光束组合中，将具有相同波长的多个激光束（通常来自光纤激光器）组合以产生高功率单光束，同时保持其相对时间相位。这可以通过多种方式完成-例如，从主振荡器光纤激光器开始，将其分开并放大通道，然后重新组合光束。

为什么在CBC中使用衍射光束整形？

虽然这种光束组合可以使用反射镜、棱镜和透镜等折射光学元件来完成，但这些元件体积大、重量重，而且难以对齐。

衍射光学元件是利用干涉和衍射来操纵光波的相位和振幅的光学元件。衍射光学器件为CBC提供了几个优点，例如高LDT，绝对角度精度，紧凑的尺寸（平面），以及将多种光学功能组合到单个表面的能力，从而减少了系统中所需的对准量。

衍射光学元件如何工作？

衍射光学元件（DOE）是透射相位元件，通过产生光波前的受控延迟来工作，在远场将其转换为所需的强度分布。这种受控相位延迟是通过在DOE表面创建微浮雕结构来实现的，通常是通过使用基于光刻的方法来对表面进行图案化和蚀刻。对于复杂的非二元形貌，可以组合多个二元生产步骤以生成多层次阶段。

一些典型的衍射光学元件是衍射分束器，它将激光分成多个光束，衍射透镜和棱镜以及衍射光束整形器，可在透镜的焦平面上产生任何所需形状的光束轮廓。

DOE如何用于相干光束组合？

CBC中使用衍射分束器将单个输入光束分成多个强度和相位相等或不相等的输出光束。使用棱镜或衍射棱镜阵列将来自主振荡器的输入激光束分成多个通道。然后分别放大每个光束，然后使用另一个分束器重新组合。在某些情况下，放大器无法承受输入光束的高斯能量密度，其高功率位于中心。在这种情况下，衍射光束整形器可以将能量传播到平顶形状，从而使放大器具有更高的输出功率。

衍射光学元件在相干光束组合中的另一种应用是相控激光阵列。在这种情况下，多个同相发射器（如高功率光纤）通过准直使它们彼此平行来组合。在此类应用中，衍射棱镜阵列可用于引入受控量的色散，以补偿由光纤通道未对准引起的相位误差。衍射透镜可用于通过引入可控量的相移来补偿光学系统中的像差来校正波前误差。衍射光学棱镜和透镜可以使用计算机辅助设计工具进行设计，以优化特定CBC系统的性能，甚至可以组合为单个DOE表面以降低对准灵敏度。

总结

相干光束合并（CBC）是一种可以在不影响光束质量的情况下增加多个光纤激光器输出功率的技术。衍射光学元件是利用干涉和衍射来操纵光波的相位和振幅的光学元件。衍射光学元件可以为CBC提供多种优势，例如绝对角度精度，紧凑的尺寸，可扩展性以及在单个表面上集成多种光学功能。

1.     衍射分束器如何用于相干分束？

CBC中使用衍射分束器将单个输入光束分成多个强度和相位相等或不相等的输出光束。使用棱镜或衍射棱镜阵列将来自主振荡器的输入激光束分成多个通道。然后，在使用另一个分束器重新组合之前，每个光束分别被放大。

2.     衍射棱镜和透镜如何用于相干相控阵？

衍射棱镜阵列可用于引入受控量的色散，以补偿由光纤通道未对准引起的相位误差。衍射透镜阵列可用于通过引入可控量的相移来补偿光学系统中的像差来校正波前误差。

3.     衍射光学元件还有哪些其他优点？

衍射光学可元件可以在一个表面上组合多种光学功能，例如光束组合和透镜或棱镜和透镜。这降低对CBC系统的对准要求。

4.     衍射光学元件是如何产生的？它们对非常高的功率有好处吗？

衍射光学元件使用光刻和等离子刻蚀技术生产，使其成为单片高LDT组件。它们可以承受相干光束组合中达到的数千瓦激光功率水平。