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光纤激光非相干组束技术

导读: 光纤激光器具有体积小、重量轻、效率高、光束质量好和便于热管理等优点,在工业、医疗、生物等领域具有广阔的应用前景。

   光纤激光非相干组束具有结构简单、便于控制等特点,近年来研究进展迅速,组束功率已经达到kW量级。综述了光纤激光非相干组束技术的最新进展,介绍了各种组束方案的基本原理,包括外腔组束、PTR布拉格光栅组束和自适应光学元件组束等;从方案结构和实际应用2方面对各种非相干组束方案进行了分析比较,考虑到单模激光受大气条件影响较小,光束传输距离较远,所以自适应元件组束方案更适和用于定向能武器系统;最后指出要获得100kW量级的组束激光必须解决的几个关键问题:包括提高单根光纤激光器的输出功率、解决组束元件在高功率下的形变问题和设计优化多阵元组束方案。

  光纤激光器具有体积小、重量轻、效率高、光束质量好和便于热管理等优点,在工业、医疗、生物等领域具有广阔的应用前景,在军事上可作为定向能武器特别是机载激光武器系统的理想光源。近年来,随着大模面积双包层光纤的出现以及高功率二极管抽运技术的发展,单根光纤激光器的输出功率已经从最初的几百mW上升至6kW水平。然而,由于受到掺杂光纤的非线性效应、光学损伤及热损伤等物理机理的限制,单根光纤激光器的输出功率很难再大幅提高。此外,随着输出功率的提高,光纤激光器的光束质量还会严重恶化。

  激光组束是目前国际上激光技术领域的研究热点,其目的是将多束激光组合成一束输出,是大幅提升激光输出功率和亮度的有效手段。利用组束技术对光纤激光器阵列的输出进行合成,未来可获得几十至几百kW的输出功率,将其作为机载激光武器系统的光源,可大大增加武器系统的紧凑性和灵活性,增大武器系统的杀伤力和威慑力。

  激光组束技术可分为相干组束和非相干组束两大类。相干组束要求所有阵元输出光束的波长和偏振方向一致,并且需要对每路光束的相位进行严格的检测和控制,实现起来比较困难。非相干组束对各阵元输出光束的偏振方向和相位没有限制,只要求其波长处于组束元件的频谱范围内,实现功率的标量叠加。这种组束方法结构简单、系统稳定且易于控制,近年来逐渐成为光纤激光领域的研究热点。

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