RP 系列激光分析设计软件 | 光谱束组合

术语“光谱光束组合”(也称为波长光束组合或简称波长组合,或非相干光束组合)表示通过光束组合进行功率缩放的更一般领域的一类技术。目标是将多个高功率激光束组合在一起,以便获得单个光束,不仅具有相应的更高功率,而且或多或少地保留了光束质量,从而增加了亮度。在另一篇文章中讨论的另一种技术是相干光束组合。

涉及光谱束组合的激光源可以被认为是多线激光器。


光谱束组合原理

光谱光束组合的一般原理是将多个具有非重叠光谱的光束组合在一起,并将它们组合在某种波长敏感的光束组合器中。这种合路器的例子是棱镜和衍射光栅,它们可以根据入射光束的波长偏转入射光束,以便随后它们都沿同一方向传播。其他方法依赖于具有波长相关透射率的光学元件,例如二向色镜或体积布拉格光栅。

为了组合大量相同类型的不同发射器的输出,每个发射器(激光器)需要具有仅占增益带宽一小部分的发射带宽,因为较大的带宽会导致光束质量降低。此外,光束组合器必须具有足够强的色散(例如角色散),并且所有发射器的波长必须足够稳定。

图 1:使用衍射光栅设置波长光束组合。每个波长在光栅处都有自己的衍射角,发射器会自动调谐到与其位置相对应的波长。为清楚起见,仅显示外部发射器的光束。

一些方法建立在发射器的基础上,这些发射器独立调谐到某个波长,它们的输出对齐以以相应的角度到达光束组合器(例如衍射光栅)。然而,修改方案使每个发射器根据其空间位置自动调整其波长可能是有利的。例如,通过麻省理工学院林肯实验室开发的设置,如图1所示,这是实现的。

该原理首先以二极管阵列的形式应用于激光二极管,但也适用于光纤激光器。二极管激光器具有直接电泵浦和非常高效的优点,而基于光纤的系统可以具有更高的每个发射器功率,并且发射器可以具有更宽的增益带宽,因此可以实现更高的功率。

当然,功率可扩展性可能会受到限制,例如,波长敏感光束组合器上的热效应。特别是对于透射光栅,这引入了严重的限制,而反射光栅可以在至少100 kW 的功率水平下工作,因为它们吸收的功率更少,并且可以从背面冷却。

在某些情况下,光谱光束组合与波长非常不同的激光源一起使用,例如,RGB光源产生红色、绿色和蓝色输出。


总论

与相干光束组合相比,光谱光束组合技术具有不需要组合光束相互时间相干的巨大优势。这消除了一些重要的技术挑战,并使其更容易在高功率水平下获得稳定运行。另一方面,输出的多波长特性是不可避免的,这对于某些应用可能无关紧要,而将其他需要窄带宽输出的应用排除在外。

相关软件
无源和有源光纤器件的终极工具 RP Fiber Power是一款功能强大的建模软件,用于设计和优化光纤器件 – 特别是光纤放大器和激光器以及其他类型的波导激光器,还有光纤耦合器,多芯光纤,螺旋芯光纤和锥形光纤。 该软件提供有效的传播和数
用于设计和优化光学谐振腔的强大工具 RP Resonator V4是一款功能强大的光学谐振腔计算软件。 特别是,它可用于生产优化的激光谐振腔设计。 其用户界面结合了最大的灵活性和简单的启动,使该软件适用于工业环境中的快速计算以及高级研