高功率激光合束器工作可靠性能评估方法研究

为降低高功率激光在单根光纤中的传输风险,提出基于多光纤传输的激光非相干空间合束19×1圆斑合束器。基于“内外同心圆+中心”同轴排列方式,采用光线追迹法进行合束器的光学设计,同时为实现合束器长期运行可靠性评估,基于多激光束同步照射光学元件的体吸收模型,采用有限元方法对合束器内部透镜的温度、热畸变和热应力等进行研究。结果表明,在10 kW激光照射30 mins下,合束器内部透镜的最高温度为381.11 K,远低于熔融石英1900 K的软化点温度,热畸变相关的最大光圈数为0.07,远小于1个光圈数的透镜加工公差,热应力最大值为14.02 MPa,小于熔融石英4.5 GPa的屈服应力。此外实验测得合束器输出总功率可达10.43 kW。本研究对评价其他高功率激光系统的长期运行可靠性提供了有效的方法参考。