用以提高亮度的光谱复用二极管泵浦模块制造技术

本发明专利技术提供了一种光谱复用二极管泵浦模块以增加亮度的方法，所述方法包括以第一波长从二极管激光器封装中的相应二极管激光器生成一个或多个泵浦光束，以不同于所述第一波长的第二波长从所述二极管激光器封装中的相应二极管激光器生成一个或多个泵浦光束，将所述第一波长的所述泵浦光束中的至少一个与所述第二波长的所述泵浦光束中的至少一个波长组合，以形成一个或多个组合泵浦光束，并且在耦合到所述二极管激光器封装的泵浦光纤中接收所述组合泵浦光束。激光器系统可包括多波长泵浦模块和增益光纤，所述增益光纤具有有源掺杂的纤芯，以便具有对应于所述多个波长的吸收光谱，所述增益光纤用于接收所述泵浦光并且产生输出波长的输出光束。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用以提高亮度的光谱复用二极管泵浦模块相关专利申请的交叉引用本申请要求于2016年3月18日提交的美国临时申请No.62/310,511的优先权，该临时申请据此全文以引用方式并入本文中。
本公开涉及二极管泵浦光纤激光器。
技术介绍
连续波光纤激光器可以生成具有相对优异光束质量的多个千瓦级激光束。光纤激光器的功率缩放受光纤中的非线性过程和热效应的限制。需要一些方法来解决这些限制，以便以实际方式实现光纤激光器的进一步功率缩放。另外，激光二极管源的各种应用，诸如直接二极管材料处理、照明和固态激光器的泵浦可以受益于较亮的光输出。
技术实现思路
根据所公开的技术的一些示例，方法包括：以第一波长从相应的二极管激光器生成一个或多个泵浦光束；以不同于第一波长的第二波长从相应的二极管激光器生成一个或多个泵浦光束；将第一波长的一个或多个泵浦光束中的至少一个与第二波长的一个或多个泵浦光束中的至少一个组合，以形成至少一个组合泵浦光束；并且将至少一个组合泵浦光束引导至泵浦光纤。一些示例还包括将至少一个组合泵浦光束耦合到增益光纤以便在增益光纤中产生光学增益，并且增益光纤包括掺镱纤芯，并且第一波长对应于与900nm至930nm的波长范围相关联的镱吸收峰或吸收带，并且第二波长对应于与970nm至980nm波长范围相关联的镱吸收峰或吸收带。根据所公开技术的进一步示例，激光二极管封装包括：导热外壳；第一多个二极管激光器，用于发射具有第一波长范围的对应激光束；第二多个二极管激光器，用于发射具有不同于第一波长范围的第二波长范围的对应激光束；波长复用器，用于接收第一多个激光束和第二多个激光束并且基于第一波长范围和第二波长范围之间的差异来组合激光束；聚焦光学器件，用于接收和聚焦组合激光束；和输出光纤，用于接收聚焦的组合激光束。在一些示例中，激光二极管封装还包括第一偏振复用器，用于接收和组合具有第一偏振态的第一多个激光束的第一子组和具有与第一偏振态正交的第二偏振态的第一多个激光束的第二子组，以产生被引导至波长复用器的第一组偏振复用激光束；和第二偏振复用器，用于接收和组合具有第一偏振态的第二多个激光束的第一子组和具有与第一偏振态正交的第二偏振态的第二多个激光束的第二子组，以产生被引导至波长复用器的第二组偏振复用激光束。根据所公开技术的另外的示例，激光器系统包括泵浦模块和增益光纤，该泵浦模块用于将第一波长范围和不同于第一波长范围的第二波长范围的泵浦光耦合到泵浦光纤中，并且该增益光纤具有有源掺杂的纤芯，以便具有对应于第一波长范围和第二波长范围的吸收光谱，增益光纤用于接收泵浦光并且产生输出波长的输出光束。在一些示例中，泵浦模块包括：第一多个二极管激光器，用于生成具有第一波长范围内的波长的多个对应的二极管激光泵浦光束；和第二多个二极管激光器，用于生成具有第二波长范围内的波长的多个对应的二极管激光泵浦光束，并且第一多个二极管激光泵浦光束被偏振复用，第二多个二极管激光泵浦光束被偏振复用，并且第一多个偏振复用二极管激光泵浦光束与第二多个偏振复用二极管激光泵浦光束波长复用。从下面参照附图进行的详细描述中，所公开技术的前述和其他目的、特征和优点将变得更加明显。附图说明图1A至图1D示出了以多个波长泵浦的光纤激光器系统的示意性和代表性的剖面。图2是描绘在一个示例性光纤激光器配置中相对于泵浦亮度的SRS阈值的图表。图3是镱掺杂光纤的吸收和发射相对于波长的图表。图4A是泵浦二极管封装的平面图。图4B是同一平面图中的图4A中的泵浦二极管封装的射线轨迹。图4C至图4E是在传播通过聚焦透镜之前图4B中的射线轨迹的传播二极管光束的剖面。图5是泵浦二极管封装的示意图。图6是另一泵浦二极管封装的一部分的平面图。图7是二极管光束波长与有源掺杂剂吸收剖面相比较的曲线图。图8是在不同操作电流下激光二极管封装的二极管光束强度和波长的曲线图。图9A至图9C是通过波长和偏振复用增加亮度的方法的流程图。图10是多波长激光器系统的示意图。图11是描绘多波长处理方法的侧剖视图。具体实施方式如在本申请和权利要求书中所使用的，除非上下文另有明确指出，否则单数形式的词语“一个”、“一种”和“该”包括复数形式。此外，术语“包括”表示“包含”。此外，术语“耦合”不排除耦合项之间中间元件的存在。在此描述的系统、装置和方法不应被解释为以任何方式进行限制。相反，本公开涉及各种公开的实施方案的所有新颖的和非显而易见的特征和方面，单独地以及彼此的各种组合和子组合。所公开的系统、方法和装置不限于任何特定方面或特征或其组合，所公开的系统、方法和装置也不要求存在任何一个或多个特定优点或解决问题。任何操作理论都是为了便于解释，但所公开的系统、方法和装置不限于这种操作理论。尽管为了便于表示，以特定的先后顺序描述了某些公开的方法的操作，但是应该理解的是，除非在下文中通过特定语言要求特定的顺序，否则这种描述的方式包含重新安排。例如，顺序描述的操作在一些情况下可以被重新安排或同时执行。而且，为了简单起见，附图可能没有示出所公开的系统、方法和装置可与其他系统、方法和装置结合使用的各种方式。此外，该描述有时使用术语诸如“产生”和“提供”来描述所公开的方法。这些术语是对所执行的实际操作的高度抽象。对应于这些术语的实际操作将根据具体实施而有所不同，并且容易被本领域的普通技术人员识别。在一些示例中，值、过程或装置被称为“最低”、“最佳”、“最小”等。应该理解，这样的描述旨在表示可以对许多所使用的功能替代项进行选择，并且这样的选择不需要更好、更小或以其他方式优于其他选择。如本文所用，二极管光束是指波长介于约100nm与10μm之间，并且典型地介于约500nm与2μm之间的电磁辐射。基于可用激光二极管源和光纤的示例通常与约800nm和1700nm之间的波长相关联。在一些示例中，传播的光学辐射被称为具有直径、不对称快轴和慢轴、光束横截面积以及光束散度的一条或多条光束，所述项可取决于光束波长和用于光束成形的光学系统。为了方便，在一些示例中，光学辐射被称为光，并且不需要在可见波长。典型的激光二极管具有发射区域，该发射区域具有非圆形剖面。激光二极管的发射区域可以与沿发射区域的最长维度引导的慢轴和沿发射区域的最短维度引导的快轴相关联。沿着慢轴，所发射的光束往往具有比沿着快轴的角发散小的角发散。另外，慢轴往往与较多横模中的光束传播相关联，而不是快轴中的光束传播，使得沿慢轴测量的光束参数乘积(对应于角发散和光束尺寸的乘积)大于沿快轴测量的值。沿着慢轴、快轴或两者的光束发散和直径可以用一个或多个透镜、棱镜或反射镜调节，以提供所选择的光束特性。参照光纤来描述代表性实施方案，但是也可以使用具有正方形、矩形、多边形、卵形、椭圆形或其他横截面的其他类型的光波导管。光纤典型地由掺杂(或不掺杂)的二氧化硅(玻璃)形成，以便提供预定的折射率或折射率差。在一些示例中，纤维或其他波导管由其他材料制成，诸如氟锆酸盐、氟铝酸盐、氟化物或磷酸盐玻璃、硫属化合物玻璃或诸如蓝宝石的晶体材料，具体取决于所感兴趣的波长。二氧化硅和氟化物玻璃的折射率通常约为1.5，但是诸如硫属化合物的其他材料的折射率可以是3或更大。在其他示例中，光纤可以部分地由塑料所构成。在典型示例中，诸如光纤芯的掺杂波导本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种方法，包括：以第一波长从相应的二极管激光器生成一个或多个泵浦光束；以不同于所述第一波长的第二波长从相应的二极管激光器生成一个或多个泵浦光束；将所述第一波长的所述一个或多个泵浦光束中的至少一个与所述第二波长的所述一个或多个泵浦光束中的至少一个组合，以形成至少一个组合泵浦光束；以及将所述至少一个组合泵浦光束引导至泵浦光纤。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.03.18 US 62/310,5111.一种方法，包括：以第一波长从相应的二极管激光器生成一个或多个泵浦光束；以不同于所述第一波长的第二波长从相应的二极管激光器生成一个或多个泵浦光束；将所述第一波长的所述一个或多个泵浦光束中的至少一个与所述第二波长的所述一个或多个泵浦光束中的至少一个组合，以形成至少一个组合泵浦光束；以及将所述至少一个组合泵浦光束引导至泵浦光纤。2.根据权利要求1所述的方法，还包括：将所述至少一个组合泵浦光束耦合到增益光纤，以便在所述增益光纤中产生光学增益。3.根据权利要求2所述的方法，还包括：从所述增益光纤生成处于输出光束波长的输出光束。4.根据权利要求2所述的方法，其中所述增益光纤包括镱掺杂的纤芯，并且所述第一波长对应于与900nm至930nm的所述波长范围相关联的镱吸收峰或吸收带，并且所述第二波长对应于与970nm至980nm的所述波长范围相关联的镱吸收峰或吸收带。5.根据权利要求1所述的方法，还包括缩窄来自所述相应二极管激光器的所述第二波长的一个或多个泵浦光束的所述线宽。6.根据权利要求5所述的方法，其中所述缩窄所述线宽包括用一个或多个外部衍射光栅形成用于所述相应二极管激光器的外部激光腔体。7.根据权利要求5所述的方法，还包括缩窄来自所述相应二极管激光器的所述第一波长的一个或多个泵浦光束的所述线宽。8.根据权利要求1所述的方法，还包括：对所述第一波长的多个光束和所述第二波长的多个光束进行偏振复用。9.根据权利要求1所述的方法，其中在相应的波长中心处生成所述第二波长的多个所述泵浦光束，所述相应的波长中心包括预定的二极管激光器温度的波长中心，所述波长中心在处于970nm至980nm范围内的镱吸收峰之外，以便减小与所述镱吸收峰相关联的吸收功率的变化和所述波长中心的依赖于温度和/或依赖于电流的漂移。10.根据权利要求3所述的方法，其中所述增益光纤包括：光纤主振荡器，所述光纤主振荡器用于生成信号光束；和光纤放大器，所述光纤放大器用于接收所述信号光束并且放大所述信号光束，以便产生所述输出光束。11.根据权利要求10所述的方法，其中与所述增益光纤相关联的SRS阈值为至少4kW。12.根据权利要求1所述的方法，其中由所述泵浦光纤接收的所述组合泵浦光束提供至少3.0W/(mm-mrad)2的泵浦亮度。13.根据权利要求12所述的方法，其中所述泵浦纤维具有直径选自100μm和110μm之间且NA选自0.14和0.16之间的纤芯。14.根据权利要求12所述的方法，其中所述泵浦亮度为至少4.0W/(mm-mrad)2。15.根据权利要求1所述的方法，还包括：以‘n’波长从相应的二极管激光器生成一个或多个泵浦光束；其中‘n’包括所述第一波长和所述第二波长，并且每个所述‘n’波长都与镱激光器的一个或多个吸收带相关联。16.根据权利要求1所述的方法，还包括：将所述至少一个组合泵浦光束耦合到激光增益介质，所述激光增益介质包括Nd、Yb、Ho、Er或Tm掺杂的光学材料，以便在所述激光增益介质中产生光学增益，并且所述第一波长和所述第二波长对应于所述掺杂的光学材料的吸收峰或吸收带。17.根据权利要求16所述的方法，其中所述激光增益介质包括半导体、气体或液体材料。18.一种方法，包括：以第一波长从相应的二极管激光器生成一个或多个光束；以不同于所述第一波长的第二波长从相应的二极管激光器生成一个或多个光束；将所述第一波长的所述一个或多个光束中的至少一个与所述第二波长的所述一个或多个光束中的至少一个组合，以形成至少一个组合光束；以及将所述至少一个组合光束引导至靶；其中所述第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·M·海民威，D·C·道森，W·厄尔班内克，R·L·法罗，D·A·V·克莱纳，
申请(专利权)人：恩耐公司，
类型：发明
国别省市：美国,US