本发明涉及激光，特别涉及一种激光器波长锁定与线宽压缩系统。
背景技术：
1、大功率波长锁定窄线宽半导体激光器具有广泛和重要的应用：在工业领域，面向大功率掺镱光纤激光器的高效和稳定泵浦需求，通常需要对976nm半导体泵浦源进行波长锁定，显著降低其中心波长由于环境温度或注入电流变化而导致的漂移，同时将光谱宽度从未锁定的3-5nm(fwhm)压缩至1nm以内，有效提高泵浦效能；在医疗领域，基于超极化气体(3he或129xe等)的肺部磁共振成像技术能够突破传统胸透、ct或mri技术等在肺成像方面的缺陷，为肺部重大疾病的早期诊断提供有效途径；而实现上述气体的超极化过程，需要应用数百瓦级窄线宽半导体泵浦源，将其中心波长精度控制在±0.1nm，光谱线宽控制在0.2nm以内；在国防领域，半导体泵浦碱金属蒸气激光器是极具潜力的高能激光光源，采用半导体激光泵浦碱金属蒸气实现高能激光输出，并利用气体流动高效散热；由于碱金属原子具有固定且极窄的吸收光谱，要求半导体泵浦源在满足高功率输出的同时，其中心波长必须严格锁定于碱金属原子的吸收谱线(钾766.7nm、铷780.2nm、铯852.4nm)，光谱宽度要求控制在0.1nm以内，这也对传统的半导体激光器波长锁定和线宽压缩技术提出新的挑战。
2、从封装形式上，目前大功率半导体激光器主要采用基于巴条阵列的自由空间输出和基于单发光源合束的光纤耦合输出两种方式，后者在热管理、光束均匀性和可靠性等方面更具优势，且基于光纤耦合输出这种方式因为光纤的柔性传输特性，在各类应用中更加方便和友好。目前，光纤耦合半导体激光器的波长锁定和线宽压缩主要通过基于体布拉格光栅的外腔法实现，其他如面光栅、标准具等衍射光学元件通常被用于瓦级以内低功率半导体光源的精密光谱调控。以工业上较为成熟的976nm波长锁定半导体激光器为例进行说明：通常一个包含19个发光源的976nm光纤耦合半导体激光模块，其各个发光源的输出光束通过阶梯合束的方式空间密排；体布拉格光栅外腔的构建通常有两种方式：一是在每个发光源的前端均放置一块体布拉格光栅形成外腔，二是对阶梯合束后的光束共用一块面积较大的体布拉格光栅形成外腔，两种方式均被证实有效。形成外腔结构后，根据体布拉格光栅的光栅参数特性，其会选择性地将一部分波长锁定、线宽较窄的光谱反馈回发光源，并与发光源有源区的光场发生耦合，并使发光源的光谱成分中与反馈光谱相同的部分得到加强、与反馈光谱不同的部分受到抑制，从而实现各个发光源以及整个光纤耦合半导体激光模块输出光谱的波长锁定和线宽压窄。通过外腔输出的波长锁定光束经过聚焦光学系统后耦合至传能光纤，通常一个包含19个发光源的976nm光纤耦合半导体激光模块输出功率在百瓦级，进一步采用如19×1的光纤合束器就可以实现千瓦级功率输出。
3、上述大功率光纤耦合半导体激光器外腔方案对于弱光谱压窄的情况(谱宽在0.5-1nm)是可行和有效的，但面向更加严格的光谱需求则存在不足。以碱金属激光器泵浦为例，要求在高泵浦功率条件下，满足中心波长与原子吸收线严格对准(以铯为例，852.4±0.05nm)，且光谱线宽控制在0.1nm以内。为满足上述要求，对于一个百瓦级的光纤耦合半导体激光模块，可以在其每个发光源的前端均放置一块体布拉格光栅，但由于体布拉格光栅的衍射中心波长存在一定的离散性，大量体布拉格光栅的采用会导致中心波长的偏移和总输出光谱的展宽，解决这个问题的技术手段之一是对光栅的温度进行主动调控使中心波长趋于一致，但大量光栅的使用也为主动波长控制带来难度；另一种方案是首先对此百瓦级的光纤耦合半导体激光模块的各个发光源进行阶梯合束，合束后的光束共用一块面积较大的体布拉格光栅形成外腔，该方式会造成由一块光栅反馈回的激光无法均匀、高效地反馈回所有的发光源，从而造成部分发光源的锁定效果不佳，带来整体光谱的恶化。
技术实现思路
1、本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种激光器波长锁定与线宽压缩系统，能够使反馈回所有的发光源的反馈光更加均匀，确保各个发光源以完全一致的中心波长和线宽输出。
2、根据本发明一些实施例的激光器波长锁定与线宽压缩系统，包括：多个激光器，每个所述激光器都具有多个发光源；多根第一光纤，与多个激光器一一对应，所述第一光纤的一端与所述激光器连接；光纤合束器，多根所述第一光纤的另一端都连接于所述光纤合束器；第二光纤，所述第二光纤的一端与所述光纤合束器连接；准直元件，所述准直元件与所述第二光纤的另一端连接；衍射光学元件，所述衍射光学元件的至少部分与所述准直元件的出光侧相对设置；
3、其中，多个所述激光器各自的发光源输出的光分别通过多根所述第一光纤进行传输至所述光纤合束器，经所述光纤合束器后进入所述第二光纤，并经由所述第二光纤输出；对于所述第二光纤输出的光束传输至所述准直元件并经所述准直元件进行准直，经所述准直元件准直的光束进入所述衍射光学元件，并被所述衍射光学元件截取一部分作为反馈光；所述反馈光经所述准直元件反馈注入回所述第二光纤，并通过所述第二光纤反向传输到所述光纤合束器，再等比例传输至各所述第一光纤和各所述激光器，传输至各激光器的反馈光再等比例入射回各激光器的各个发光源。
4、根据本发明实施例的激光器波长锁定与线宽压缩系统，至少具有如下有益效果：
5、1、光纤对其所传输的光束具有光谱匀化混合效果，任一发光源射出的激光将被均匀反馈回所有发光源实现互注入锁定，确保各个发光源以完全一致的中心波长和线宽输出。可以理解的是，不同的发光源直接所发出的光具备细微差别(中心波长及输出线宽等)，该部分光在耦合进光纤并经过同一根光纤传输后混合匀化，即最终所有发光源接收到的都是混合均匀的光，也就是实现了其他发光源对于该发光源的注入锁定，而不是只接收到自己本身发出的光，因此实现了互注入锁定，提高了不同发光源的光谱一致性。
6、2、仅用单个的衍射光学元件即可实现对数路激光器的波长进行锁定和线宽压缩，成本低廉、结构简单、功率拓展性好，对中心波长的调谐可以通过改变衍射光学元件的参数实现。
7、根据本发明的一些实施例，所述激光器发射的激光的波长为600nm至2500nm之间的任一波长。
8、根据本发明的一些实施例，所述激光器发射的激光的波长为795nm或者976nm。
9、根据本发明的一些实施例，所述衍射光学元件为体布拉格光栅。
10、根据本发明的一些实施例，所述衍射光学元件为平面衍射光栅。
11、根据本发明的一些实施例，所述衍射光学元件为窄带反射镜。
12、根据本发明的一些实施例，所述激光器为半导体激光器。
13、根据本发明的一些实施例，所述半导体激光器的发光源的半导体芯片的前端面镀有增透膜。
14、根据本发明的一些实施例，所述激光器为光纤激光器。
15、根据本发明的一些实施例，所述激光器为固体激光器或者气体激光器。
16、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
1.一种激光器波长锁定与线宽压缩系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的激光器波长锁定与线宽压缩系统，其特征在于，所述激光器发射的激光的波长为600nm至2500nm之间的任一波长。
3.根据权利要求1所述的激光器波长锁定与线宽压缩系统，其特征在于，所述激光器发射的激光的波长为795nm或者976nm。
4.根据权利要求1所述的激光器波长锁定与线宽压缩系统，其特征在于，所述衍射光学元件为体布拉格光栅。
5.根据权利要求1所述的激光器波长锁定与线宽压缩系统，其特征在于，所述衍射光学元件为平面衍射光栅。
6.根据权利要求1所述的激光器波长锁定与线宽压缩系统，其特征在于，所述衍射光学元件为窄带反射镜。
7.根据权利要求1所述的激光器波长锁定与线宽压缩系统，其特征在于，所述激光器为半导体激光器。
8.根据权利要求7所述的激光器波长锁定与线宽压缩系统，其特征在于，所述半导体激光器的发光源的半导体芯片的前端面镀有增透膜。
9.根据权利要求1所述的激光器波长锁定与线宽压缩系统，其特征在于，所述激光器为光纤激光器。
10.根据权利要求1所述的激光器波长锁定与线宽压缩系统，其特征在于，所述激光器为固体激光器或者气体激光器。
