Rgb三色光合束器的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種RGB三色光合束器。它包括兩個相同的等腰直角棱鏡、以重鉻酸鹽明膠為全息記錄介質的透射體位相全息光柵G1和反射體位相全息光柵G2；透射體位相全息光柵G1的峰值條紋面與光柵表面垂直，反射體位相全息光柵G2的峰值條紋面與光柵表面平行；兩個等腰直角棱鏡的底面相向而置，兩底面之間分別放置透射體位相全息光柵G1和反射體位相全息光柵G2，由環(huán)氧樹脂粘合封裝。本實用新型提供的RGB三色光合束器具有衍射效率高，信噪比高，散射低，吸收低的特點，用于合束時光束能量損耗小，能有效提高光能的利用率。
【專利說明】RGB三色光合束器
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種RGB三色光合束器及其制備方法，屬于信息光學【技術領域】?！颈尘凹夹g】
[0002]體位相全息光柵(VPHG )具有衍射效率高、波長選擇性和角度選擇性強、信噪比高、散射低、吸收低以及制作成本低廉等特點，在高分辨率光譜儀器、波分復用以及脈沖壓縮等【技術領域】具有廣泛應用。
[0003]本世紀初起，隨著對高能激光需求的日益增進，對激光合束器的理論和實驗研究得到發(fā)展。1999年，美國麻省理工學院林肯實驗室發(fā)明了 一套合成裝置，用平面光柵同時控制每個器件發(fā)出不同波長的光束，使各個光束在近場和遠場實現(xiàn)疊加(參見文獻:Cook C C and Fan T Y Spectral beam combining of Yb—doped fiber lasersin an external cavity.0SA TOPS, Advanced solid lasers,I 999,26:163-166.)。2003年，Igor V和Ciapurin等人對透射型體光柵頻譜組束方案參數優(yōu)化進行了研究，對高斯光束進行了仿真模擬，并對反射型體光柵的衍射特性進行了分析(參見文獻:X: Ciapurin I V Glebov L B, Smimov V 1.Spectral combing of high-power fiberlaser beams using Bragg grating in PTR glass.Proc.0f SPIE, 2004, 5335:116-124.% Ciapurin I V, Glebov L B.Modeling of Gaussian beam diffraction onvolume Bragg gratings in PTR glass [C], Proc.SPIE, 2005，5742:183-194.)。2008年，Andrusyak等人利用四個反射式體布拉格光柵(VBG)實現(xiàn)了五路高功率光釬激光器的光譜合成(參見文獻:Andrusyak O, Ciapurin I, Simirnov V, et al External and Commoncavity high spectral Density Beam Combing of high Power Fiber Lasers[c] Proc.SPIE,2008，6873:687314.)。
[0004]近年來，國內也陸續(xù)開展了用于光譜合成的合束器研究。2008年，占生寶、趙尚弘等人對記錄材料為PTR (光敏玻璃)的透射體布拉格光柵的頻譜組束進行了相關研究(參見文獻:基于透射體布拉格光柵頻譜組束的研究[J].光電子.激光，2008，19(3):318—321.);蒲世兵、姜宗福等人基于VBG建立了一套光譜合成的物理模型，數值模擬了兩路和三路高斯線性光譜的激光合成(參見文獻:基于體布拉格光柵的光譜合成的數值分析[J].強激光與粒子束，2008，20 (5): 721-724.)。2010年，劉莉、譚吉春等人設計了 90°配置布拉格光柵并束光路并進行了兩束不同波長的激光并束以及兩束同種波長激光的并束實驗(參見文獻:基于體布拉格光柵的波束合成技術研究及實現(xiàn)[J]-國防科技大學學報2010, 32(2).)?，F(xiàn)有技術中，合束器通常用于波長間隔較小的高能量激光束之間的合束。

【發(fā)明內容】

[0005]本實用新型針對現(xiàn)有技術存在的不足，提供一種結構簡單，制備成本低廉，具有光束能量損耗小，光能利用率高的RGB三色光合束器。
[0006]實現(xiàn)本實用新型目的的技術方案是提供一種RGB三色光合束器，它包括兩個相同的等腰直角棱鏡、以重鉻酸鹽明膠為全息記錄介質的透射體位相全息光柵Gl和反射體位相全息光柵G2 ;透射體位相全息光柵Gl的峰值條紋面與光柵表面垂直,反射體位相全息光柵G2的峰值條紋面與光柵表面平行；兩個等腰直角棱鏡的底面相向而置，兩底面之間分別放置透射體位相全息光柵Gl和反射體位相全息光柵G2，由環(huán)氧樹脂粘合封裝。
[0007]本實用新型技術方案所述的RGB三色光合束器，由三個λ /2波片分別置于激光器與等腰直角棱鏡的每個直角面之間。
[0008]本實用新型所采用的等腰直角棱鏡的材料為ΒΚ7玻璃。在應用于RGB三色光的合束時，RGB三色光它們的入射關系分別為:RGB三色光的光束與合束光互為90度角，RGB三色光中，一束光以透射形式通過光柵Gl和G2，其余的兩束光中，一束光入射到Gl，經衍射通過Gl后透射通過G2，另一束入射到G2，經衍射通過G2表示。
[0009]與現(xiàn)有技術相比，本實用新型的有益效果是:
[0010]1、本實用新型提供的RGB三色光合束器件制備簡單，且成本低廉，可永久保存。
[0011]2、VPHG的衍射效率高理論上可以達到100%，信噪比高，散射低，吸收低，用于合束時光束能量損耗小，能有效提高光能的利用率。
[0012]3、本實用新型提供的RGB三色光合束器件若增加λ /2波片該合束器，適用于RGB三色光均為P偏振光時的合束，在激光投影系統(tǒng)具有潛在應用前景。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為本實用新型實施例1提供的RGB三色光合束器的結構和使用光路示意圖；
[0014]圖2為本實用新型實施例1中紅光與藍光經過透射體位相全息光柵Gl合束示意圖；
[0015]圖3為本實用新型實施例1提供的透射體位相全息光柵Gl的波長-衍射效率(+1級)分布曲線圖；
[0016]圖4為本實用新型實施例1提供的紅光、藍光和綠光三束光合束示意圖；
[0017]圖5本實用新型實施例1提供的反射體位相全息光柵G2的衍射效率曲線圖；
[0018]圖6為本實用新型實施例2提供的RGB三色光合束器的結構和使用光路示意圖；
[0019]圖7本實用新型實施例2提供的透射體位相全息光柵Gl的波長-衍射效率(+1級)分布曲線圖；
[0020]圖8為本實用新型實施例2提供的反射體位相全息光柵G2的波長-衍射效率(+1級)分布曲線圖；
[0021]圖9為本實用新型實施例3提供的RGB三色光合束器的結構和使用光路示意圖；
[0022]圖10本實用新型實施例3提供的透射體位相全息光柵Gl的波長-衍射效率(+1級)分布曲線圖；
[0023]圖11為本實用新型實施例3提供的反射體位相全息光柵G2的波長-衍射效率(+1級)分布曲線圖。
【具體實施方式】
[0024]下面結合附圖和實施例對本實用新型技術方案作進一步的闡述。
[0025]實施例1[0026]參見附圖1，它是本實施例提供的RGB三色光合束器的結構和使用光路示意圖；在本實施例中，RGB三色光波長分別為紅光λκ=635ηπι，綠光λ e=532nm，藍光λΒ=473ηπι，進行透射體位相全息光柵Gl和反射體位相全息光柵G2的結構參數設計。RGB三色光合束器包括由兩個相同的等腰直角棱鏡Pl和Ρ2、透射體位相全息光柵Gl以及反射體位相全息光柵G2。光柵Gl和G2為以對稱光路記錄得到的非傾斜峰值條紋面光柵，即光柵Gl的峰值條紋面與光柵表面垂直，光柵G2的峰值條紋面與光柵表面平行。兩個相同的等腰直角棱鏡的底面相向而置，其間分別放置透射體位相全息光柵Gl和反射體位相全息光柵G2，用環(huán)氧樹脂粘合封裝。RGB三色光(均為s偏振光，即振動面垂直于入射面)以互為90°的角度分別垂直入射于兩等腰直角棱鏡的三個直角面上。紅光(波長為λ κ)和藍光(波長為λΒ)經過透射體位相全息光柵G1，此時Gl對λ Ji的衍射效率最大而對λ B的衍射效率極小，且由于λ κ在Gl上的入射角和衍射角相對于峰值條紋面呈鏡面對稱，而λΒ主要以透射形式經過G1，所以經過Gl后入1；與入^勺出射方向一致，合束后進入反射體位相全息光柵G2。G2對此入射的λ R和λ B的衍射效率均極小,而對綠光(波長為λ G)的衍射效率最大，且由于λ G在G2上的入射角和衍射角相對于峰值條紋面也呈鏡面對稱，而入1；和λ B主要以透射形式經過G2，所以經過G2后入，和λB與Ae的出射方向一致。最終，RGB三色光沿同一方向從等腰直角棱鏡Ρ2的一個直角面上垂直出射，從而實現(xiàn)RGB三色光的合束功能。
[0027]如果RGB三色光均為P偏振光(即振動面平行于入射面)，則可在各色光進入等腰直角棱鏡前先通過λ /2波片轉化為s偏振光，然后再進行合束。
[0028]光柵Gl和G2均采用重鉻酸鹽明膠(DCG，折射率η2=1.52)作為全息記錄介質，且均為非傾斜條紋面光柵。根據各色光波長、光束入射和出射方向要求分別確定光柵Gl和G2的空頻。采用Kogelnik稱合波理論和G-solver軟件(基于嚴格稱合波理論)分別對光柵Gl和G2的折射率調制度An和膠厚d進行優(yōu)化選取，以達到各色光的衍射效率要求。合束器中所用棱鏡材料為BK7玻璃(折射率為Ii1=L 5168)。
[0029]體位相全息光柵合束器的設計步驟如下:
[0030]1、透射體位相光柵Gl參數的確定及衍射效率的優(yōu)化設計
[0031]參見附圖2，它為本實施例中紅光與藍光經過透射體位相全息光柵Gl合束示意圖；λ κ主要以+1衍射通過光柵Gl而λ Β主要以O級透射通過光柵Gl，并合束入射到G2。為滿足此條件光柵Gl的參數由公式(I)和(2)得出光柵空頻f。折射率調制度Λη控制在
0.02~0.04范圍之內，由公式(3)、⑷和(5)以及G-solver軟件得出光柵介質折射率調制度An1=0.02,記錄介質厚度(I1=Il.4um。
【權利要求】
1.一種RGB三色光合束器，其特征在于:它包括兩個相同的等腰直角棱鏡、以重鉻酸鹽明膠為全息記錄介質的透射體位相全息光柵Gl和反射體位相全息光柵G2 ;透射體位相全息光柵Gl的峰值條紋面與光柵表面垂直,反射體位相全息光柵G2的峰值條紋面與光柵表面平行；兩個等腰直角棱鏡的底面相向而置，兩底面之間分別放置透射體位相全息光柵Gl和反射體位相全息光柵G2，由環(huán)氧樹脂粘合封裝。
2.根據權利要求1所述的一種RGB三色光合束器，其特征在于:由三個A/2波片分別置于激光器與等腰直角棱鏡的每個直角面之間。
【文檔編號】G02B27/10GK203786406SQ201320730920
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2013年11月19日 優(yōu)先權日:2013年11月19日
【發(fā)明者】劉輝, 唐敏學 申請人:蘇州大學