光譜束組合
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術(shù)語(yǔ)“光譜光束組合”（也稱為波長(zhǎng)光束組合或簡(jiǎn)稱波長(zhǎng)組合，或非相干光束組合）表示通過(guò)光束組合進(jìn)行功率縮放的更一般領(lǐng)域的一類技術(shù)。目標(biāo)是將多個(gè)高功率激光束組合在一起，以便獲得單個(gè)光束，不僅具有相應(yīng)的更高功率，而且或多或少地保留了光束質(zhì)量，從而增加了亮度。在另一篇文章中討論的另一種技術(shù)是相干光束組合。
涉及光譜束組合的激光源可以被認(rèn)為是多線激光器。
光譜束組合原理
光譜光束組合的一般原理是將多個(gè)具有非重疊光譜的光束組合在一起，并將它們組合在某種波長(zhǎng)敏感的光束組合器中。這種合路器的例子是棱鏡和衍射光柵，它們可以根據(jù)入射光束的波長(zhǎng)偏轉(zhuǎn)入射光束，以便隨后它們都沿同一方向傳播。其他方法依賴于具有波長(zhǎng)相關(guān)透射率的光學(xué)元件，例如二向色鏡或體積布拉格光柵。
為了組合大量相同類型的不同發(fā)射器的輸出，每個(gè)發(fā)射器（激光器）需要具有僅占增益帶寬一小部分的發(fā)射帶寬，因?yàn)檩^大的帶寬會(huì)導(dǎo)致光束質(zhì)量降低。此外，光束組合器必須具有足夠強(qiáng)的色散（例如角色散），并且所有發(fā)射器的波長(zhǎng)必須足夠穩(wěn)定。
圖 1：使用衍射光柵設(shè)置波長(zhǎng)光束組合。每個(gè)波長(zhǎng)在光柵處都有自己的衍射角，發(fā)射器會(huì)自動(dòng)調(diào)諧到與其位置相對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)。為清楚起見，僅顯示外部發(fā)射器的光束。
一些方法建立在發(fā)射器的基礎(chǔ)上，這些發(fā)射器獨(dú)立調(diào)諧到某個(gè)波長(zhǎng)，它們的輸出對(duì)齊以以相應(yīng)的角度到達(dá)光束組合器（例如衍射光柵）。然而，修改方案使每個(gè)發(fā)射器根據(jù)其空間位置自動(dòng)調(diào)整其波長(zhǎng)可能是有利的。例如，通過(guò)麻省理工學(xué)院林肯實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的設(shè)置，如圖1所示，這是實(shí)現(xiàn)的。
該原理首先以二極管陣列的形式應(yīng)用于激光二極管，但也適用于光纖激光器。二極管激光器具有直接電泵浦和非常高效的優(yōu)點(diǎn)，而基于光纖的系統(tǒng)可以具有更高的每個(gè)發(fā)射器功率，并且發(fā)射器可以具有更寬的增益帶寬，因此可以實(shí)現(xiàn)更高的功率。
當(dāng)然，功率可擴(kuò)展性可能會(huì)受到限制，例如，波長(zhǎng)敏感光束組合器上的熱效應(yīng)。特別是對(duì)于透射光柵，這引入了嚴(yán)重的限制，而反射光柵可以在至少100 kW 的功率水平下工作，因?yàn)樗鼈兾盏墓β矢伲⑶铱梢詮谋趁胬鋮s。
在某些情況下，光譜光束組合與波長(zhǎng)非常不同的激光源一起使用，例如，RGB光源產(chǎn)生紅色、綠色和藍(lán)色輸出。
總論
與相干光束組合相比，光譜光束組合技術(shù)具有不需要組合光束相互時(shí)間相干的巨大優(yōu)勢(shì)。這消除了一些重要的技術(shù)挑戰(zhàn)，并使其更容易在高功率水平下獲得穩(wěn)定運(yùn)行。另一方面，輸出的多波長(zhǎng)特性是不可避免的，這對(duì)于某些應(yīng)用可能無(wú)關(guān)緊要，而將其他需要窄帶寬輸出的應(yīng)用排除在外。
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