定义
一类基于波长敏感光束合束器的光束组合方法。
术语光谱光束组合(也称为波长光束组合或简称为波长组合,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,以获得单个光束,不仅具有相应的更高功率,而且还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类技术是相干光束组合。
涉及光谱光束组合的激光源可以被认为是多线激光器。
光谱光束组合原理
光谱束组合的一般原理是具有多个具有非重叠光学光谱的光束,并在某种波长敏感的光束合流器中将它们组合在一起。这种合路器的例子是棱镜和衍射光栅,它们可以根据其波长偏转入射光束,以便随后它们都在同一方向上传播。其他方法依赖于具有波长相关透射的光学元件,例如二向色镜或体积布拉格光栅。
为了组合同一类型的大量不同发射器的输出,每个发射器(激光器)需要具有发射带宽,该带宽仅占增益带宽的一小部分,因为较大的带宽会导致光束质量降低。此外,光束合束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:设置具有衍射光栅的波长光束组合。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。
一些方法建立在独立调谐到某些波长的发射器上,并且它们的输出被对齐以达到相应角度的光束合束器(例如衍射光栅)。然而,修改方案以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,这是通过麻省理工学院林肯实验室[1,5]开发的设置实现的,如图1所示。
该原理首先以二极管阵列的形式应用于激光二极管[1],但也适用于光纤激光器[3]。虽然二极管激光器具有直接电泵浦和非常高效的优点,但基于光纤的系统可以具有更高的每个发射器的功率,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,通过对波长敏感的光束合路器的热效应。特别是对于透射光栅,这带来了严重的限制,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较少,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源产生红色,绿色和蓝色输出。