结论 37

致谢 38

参考文献 39

1  引言

1。1课题研究的背景

1。1。1光谱合成简介

随着高功率激光器在国防、工业领域地位的日益凸显，各国都加快了自身在高功率激光器领域内的研究。以美国为例，早在1963年美国就开始了对高能武器系统的研究[1]。机载激光武器(ABL)、先进战术激光(ATL)是美国的两项高能激光武器的演示计划，现已处于演示论证阶段[2]。美国IPG公司在2009年就已经成功研制了第一台功率为10kW，光束质量因子M2 <1。5的单模光纤激光器。中科院上海光机所高功率光纤激光课题组研制的50GHZ线宽近衍射极限光纤激光器实现2。5KW功率突破，相关核心技术达到国际领先水平。高功率激光在社会工业，产业经济方面的作用也日渐突出，主要应用在激光切割、激光材料加工、光纤激光源泵浦以及激光再制造等领域，但是拉曼散射、布里渊散射以及透镜热效应都在理论上限制了单个激光器的输出功率，因此国内外引进了激光合束技术，并且进行了深入的研究。论文网

激光合束技术主要目的是在于尽量不影响光束质量的情况下，通过多束激光的合成获得更高功率输出的激光光束，从而突破功率的限制获得更广的应用范围。

 按照参与合束的子光束的相干性可以将光束合成分为相干合束和非相干合束两大类。非相干合束，即是用某些特定的光学元件将参与合束的子光束进行合成，使其在近场和远场合为一束，但并不考虑各子光束之间的相干性。这种方法仅仅是将能量进行简单的叠加，并不用保证子光束参数的一致性。而相干合束不仅要求合束的子光束的能量进行叠加，而且为了还需要考虑参与合束的各子光束间的频率、相位差等其他光束参数以获得相长干涉。因此，相干合束较非相干合束的设计方案更复杂，对实验装置要求也更高。

由此可见，相干合束方法虽然会得到更高功率的激光，为了保证光程差满足相干增强的条件，就需要严格控制实验光路中的光程，所以它对实验装置的要求就非常苛刻。而且，所得的高功率激光只是在一个很小的局部区域，并没有分布在我们所需要的区域中，相干合束方法在实际应用中会遇到很大的问题，所以在本课题中我们选择了操作相对容易、装置相对简单的非相干合束。

常用的非相干合束方法有[3~8]空间合束、光纤束耦合合束、偏振合束和光谱合成技术。空间合束将多束激光进行空间堆叠，这样产生的激光束的光束质量会变差，需要附加光束整形系统对激光束进行整形，从而使发射单元快慢轴的BPP值接近，使光束对称[4]，系统结构复杂。光纤束耦合是将每只单管激光器输出的激光耦合进入一根光纤中，然后将多根光纤捆绑在一起，以满足大功率激光输出的要求。光纤束耦合方式随着输出功率的升高，光纤耦合的模块数势必会增加，这样就会造成光纤束直径过于庞大，由于光纤之间存在间隙，这样就会造成激光亮度降低，光束质量变差。偏振合束技术就是通过偏振合束器将两个互相垂直偏振态的激光光束合并，达到提高输出功率，不改变光束尺寸的效果。偏振合束技术对两个激光器的要求很高，两个激光器必须满足具有相同的激射波长和相同的偏振方向，而且偏振合束技术仅适用于低功率激光的合束，并不适用于高功率激光合束。

光谱合成技术是国际上常用的一种高功率激光合束技术。光谱合成技术可以获得比其他合束技术更好的空间亮度，而更高的空间亮度可以使激光功率以更小的数值孔径耦合进入光纤中。常用的光谱合成技术有以下两种。