3‑5μm中红外波段属于分子特征 “指纹区”，该波段激光在气体探测、
光谱分析、自由空间通信、生物医疗等诸多场景均有不可替代的应用价值。光谱合束技术可以在不劣化光束质量的前提下，将多路不同波长激光进行功率叠加，是提升中红外激光输出功率的主流技术途径。在多通道合束系统中，传统双光栅方案高度依赖单片大口径、高衍射效率、高波前质量的衍射光栅。中红外宽波段条件下，大长宽比光栅加工制造难度大、良品率低，成为制约多通道高功率光谱合束装置迭代升级的现实障碍。
针对上述技术痛点，中国科学院上海光学精密机械研究所研究团队提出拼接光栅(Jigsaw‑grating)光谱合束全新架构。该方案不再追求单块超大尺寸光栅，而是利用多块小口径子光栅做空间分布式拼接，等效实现大口径光栅的分光合束效果，既降低核心光学元件的制造门槛，同时提升系统通道扩展能力，后续增加合束通道仅需增补子光栅单元，无需重新研制巨型单片光栅。
研究团队使用自主研发的高效率镀金中红外光栅器件，搭建起四通道中红外光参量振荡器(OPO)连续激光光谱合束实验平台。实验过程中，4路中心波长分布在3.1‑3.7 μm区间的OPO激光 50°入射角入射拼接光栅系统，最终实现50.8 W的中红外连续激光合束输出，光栅合束效率达到92.1%，合束后光束质量因子Mx²=1.76、My²=1.46，光束性能维持较好水平。该输出功率在当前公开报道的 3‑5 μm 波段中红外连续激光光谱合束结果中处于较高水准。
该研究打通了中红外多通道光谱合束系统从几十瓦向百瓦级功率升级的技术通道。这套拼接光栅合束思路并不局限于中红外波段，对
可见光、近红外乃至太赫兹波段高功率激光合束平台的搭建同样具备参考借鉴意义。
相关研究成果发表于国际光学期刊《光学快报》(Optics Letters)。此项研究得到国家自然科学基金委员会、中国科学技术协会、中国博士后科学基金会等项目资助。
资料来源：上海光学精密机械研究所
