功率光纤激光装置制造方法及图纸

一种功率光纤激光装置，其包括发射泵浦波的功率激光二极管(1)、 包括全反射端(6)和部分反射端(9)的光学谐振器(12)、放大多模光 纤(7)、和将所述泵浦波耦合到多模光纤(7)中的光学装置(3，11)。 根据本发明专利技术，光学谐振器(12)包括至少一个子模块(25，26)，所述子 模块由空间滤波装置构成且包括光学装置(2，8)，所述光学装置(2，8) 在光学子模块(25，26)中具有确切的位置，以使得光学子模块能够在激 光束在光学装置2、8中往返之后将所述多模光纤7的基模的振幅和相位再 现在所述多模光纤7的入射或出射面23、24上，从而使基模中的损耗最小， 以及使得光学子模块能够过滤其它的模，在光学谐振器中的所述其它模中 产生额外的损耗，从而使在光学谐振器中传播的激光的模的数量最少。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于从多模光纤中产生空间单模辐射的功率(power)激光装置。
技术介绍
单模辐射指其发散度接近所述辐射的光强分布轮廓的衍射造成的最小值的辐射。固态激光器包括至少一种放大介质和由一组反射镜形成的光学谐振器。输出光束的空间特征由该谐振器的特性给定。具体地，可证明如果谐振器是所述稳定谐振器的话，光束形状可以根据Hermite-Gauss函数得到解析。这些函数被称作腔才莫。在这些模中，基才莫具有高斯形状和最小的发散度。由于基4莫能实现最小聚焦，因此常被用户选用。然而，放大介质中的受激区域具有只与能量在介质中的分布方式有关而与谐振器完全无关的固有尺寸。当该受激区域比腔的这一位置上的基模直径宽时，部分能量被耦合给高阶模且所产生的光束变成多模态。高阶模具有更大的发散度且因此聚焦在直径更大的区域上。考虑到任何才莫都会在放大介质中获得一定增益且因传播而产生损耗，这种现象也能得到解释。只有增益超过损耗的那些模能够产生激光效应。模的增益取决于该模与放大介质中的受激区域的重叠。总的来说，为获得空间单模的激光，建议对谐振器加以设计以实现基模尺寸和受激区域尺寸之间的最佳匹配。如果例如因谐振器长度的缘故而不能实现这点，则可以通过提供开口5来促成谐振器的单模操作，其中要对开口的直径进行计算以精确匹配该开 口处的基模直径。高阶模在通过该孔时受到的损耗足以使高阶模处于激光 效应阈值之下和只允许基才莫产生激光效应。光纤激光器与常规固态激光器的不同之处在于放大介质具有引导结 构，其赋予通过它的光束一些空间特性。因此， 一些光纤只允许引导单模光束，而其他光纤允许几种模。将这 种光纤放入光学谐振器中形成光纤激光器，其中所述激光器的空间特性通 常由光纤赋予。特别地，如果光纤为单模光纤，则激光器只能为单模。这种特例非常有利，但是它并不总能实现。特别地，光纤支持的模的 数量是纤芯直径和芯与护套之间的折射率差的函数。在芯的直径变大时，为保持纯粹地单模传播必须减小芯与护套之间的折射率差。当前，纤维制造技术不允许获得具有大于约20孩吏米的芯的直径 的单模纤维。考虑到形成这些纤维的芯的二氧化硅或玻璃的损伤阈值，因 此在连续激光的情况下不能超过平均功率极限，或者在脉冲激光的情况下 不能超过峰值功率极限。为提高可获得的功率，必须接受一定的空间品质损失和使用多模纤维。 已发现这样一种解决方案，其使用所谓光子纤维或者光子层纤维 或者MPF(多包层光子纤维，，)，所述纤维的实际折射率可以通过在护 套中引入充气的毛细管来调制。这类纤维在J丄impert， N.Deguil-Robin， 1.Manek-H6nninger, F.Salin, F.R6ser， A丄iem, T.Schreiber， S.Nolte， H.Zellmer, A.Ttiimermann, J.Broeng, A.Petersson和C.Jakbsen的文章High-power rod-type photonic crystal fibre laser ， Opt. Express 13,1055-1058 ( 2005 )中得到描述。MPF 激光器包括具有玻璃纤维的光学放大器，所述玻璃纤维由掺杂的芯和至少 一个外部护套形成，其中所述护套用于引导所产生的波。所述芯掺杂了稀 土离子，通常是钕或镱。所述引导通过光子结构来确保，其中所述光子结构由几何上^:置的空气通道或毛细管(孔)形成。该结构人为地降低了所 产生的波需要的折射率，且允许单才莫传播。因此，能够获得其直径大于60微米的单模纤维。然而，这些纤维制造复杂且要求芯的折射率受到精确控制和均匀。这 是与强掺杂相冲突的，且仍然需要在芯的直径与掺杂均匀性之间进行折衷。特别地，纤芯本身可以为微结构以保证精确控制的平均折射率。为此， 在芯中引入玻璃或者空气的未掺杂区域。这些区域的相关表面区提供了近 似理想的折射率控制，但是赋予局部极高的掺杂以确保在所用波长上具有 充足的芯吸收以激发放大介质。经过一段时间后，这种过度集中引发不希望的二次效应。文献US200543409已表明能够通过精确调节光纤入射面上的入射光束 的特性来激发多模纤维的1^莫。已通过将外部源注入多模纤维的入射面而将这项技术用于放大器中。 这种选择注入法需要具有理想高斯光束的外部信号，且因此它不能用于振 荡器。还了解到，纤维的任何弯曲或位置变化都趋于将部分辐射从这个模耦 合给高阶模，这使得辐射在纤维的输出端处为多模，但是它也会将多模辐 射的全部或部分耦合给护套，因而在这些高阶模中引入损耗。文献US 6 496 301已表明光纤的剧烈弯曲会引起高阶模的滤波。 然而，这种方法不可避免地^lJ漠受到损失，且难以在短纤维上实现， 因为它需要进行直径在5至15cm之间的多圈缠绕，这对应需要纤维长度 大于lm。除此之外，在由纤维产生的辐射中出现几个才莫4吏得难以或者甚至不可 能获得偏振辐射。目前，没有用于光纤激光器的能够获得具有大横向尺寸的单模而又不 对纤维寿命造成威胁的合适的解决方案。
技术实现思路
因此，本专利技术的目标是提供一种功率光纤激光装置，其用于从具有任 意大直径的多才莫光纤中以非常好的产率在基才莫下产生稳定的单模辐射，而又不会对光纤寿命造成威胁。为此，本专利技术涉及一种功率光纤激光装置，其包括发射泵浦波的功率激光二极管，光学谐振器，其包括全反射端和部分反射端，放大多模光纤，其具有直径大于2(Him的芯以及位于其端部的入 射面和出射面，所述光学谐振器包括至少一个子模块，所述子模 块形成于多模光纤的入射面和全反射端之间，或者形成于多模光 纤的出射面和部分反射端之间， 光学耦合装置，其将所述泵浦波耦合到多模光纤中以在光学谐振器中 产生激光束，所述激光束的一部分通过部分反射端传输(transmit)到光 学谐振器外面，且所述激光束的另 一部分被反射到光学谐振器内部。根据本专利技术，光学子模块25、 26是包括光学装置2、 8的空间滤波装 置，所述光学装置2、 8在光学子模块25、 26中具有确切位置，以使得光 学子模块能够在激光束在光学装置2、 8中往返之后将所述多才莫光纤7的基 模的振幅和相位再现在所述多模光纤7的入射或出射面23、 24上，从而使 Jj漠中的损耗最小，以及使得光学子模块能够过滤其它的模，在光学谐振 器中的所述其它模中产生颠外的损耗，从而使在光学谐振器中传播的激光 的模的数量最少。在不同的可能实施例中，本专利技术还涉及将从以下描述中变得显而易见 的和可以单独或者根据它们的在技术上可行的任何组合获得的特征光学谐振器包括两个子模块，其设置在多模光纤的每个端部上；光学谐振器只包括一个光学子模块，其设置在多模光纤的一端上，所 述光学谐振器在其另一端处由光学闭合装置闭合；闭合光学谐振器的光学闭合装置由多模光纤的入射或出射面之一构成，所述入射或出射面是平面且与光纤的光轴垂直；闭合光学谐振器的光学闭合装置由对光波具有会聚和反射特征的单个光学元件构成；8光学子模块的光学装置包括与反射端之一相结合的 一个或多个透镜； 光学子模块的光学装置包括多模光纤的入射或出射面，所述入射或出 射面具有参与滤波功能的固有会聚度；光学子模块的光学装置包括接触多模光纤的入射和出射面之一的单模纤维梢端，激光束本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种功率光纤激光装置，其包括：　发射泵浦波的功率激光二极管（１），　光学谐振器（１２），其包括：　全反射端（６）和部分反射端（９），　放大多模光纤（７），其具有直径大于２０μｍ的芯以及位于其端部的入射面（２３）和出射 面（２４），　至少一个光学子模块（２５，２６），所述光学子模块（２５，２６）形成于所述多模光纤的入射面（２３）和所述全反射端（６）之间，或者形成于所述多模光纤的出射面（２４）和所述部分反射端（９）之间，　光学耦合装置（３，１１， ２），其将所述泵浦波耦合到多模光纤（７）中以在光学谐振器（１２）中产生激光束，所述激光束的一部分通过所述部分反射端（９）传输到所述光学谐振器（１２）外部，且所述激光束的另一部分被反射到所述光学谐振器（１２）内部，　其特征在于：　 所述光学子模块（２５、２６）是包括光学装置（２、８）的空间滤波装置，所述光学装置（２、８）在光学子模块（２５、２６）中具有确切位置，以使得所述光学子模块能够在激光束在所述光学装置（２、８）中往返后将所述多模光纤（７）的基模的振幅和相位再现在所述多模光纤（７）的入射或出射面（２３、２４）上，从而使基模中的损耗最小，以及使得所述光学子模块能够过滤其它的模，在光学谐振器中的所述其它模中产生额外的损耗，从而使在光学谐振器中传播的激光的模的数量最少。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2006.7.13 FR 06529731. 一种功率光纤激光装置，其包括发射泵浦波的功率激光二极管(1)，光学谐振器(12)，其包括全反射端(6)和部分反射端(9)，放大多模光纤(7)，其具有直径大于20μm的芯以及位于其端部的入射面(23)和出射面(24)，至少一个光学子模块(25，26)，所述光学子模块(25，26)形成于所述多模光纤的入射面(23)和所述全反射端(6)之间，或者形成于所述多模光纤的出射面(24)和所述部分反射端(9)之间，光学耦合装置(3，11，2)，其将所述泵浦波耦合到多模光纤(7)中以在光学谐振器(12)中产生激光束，所述激光束的一部分通过所述部分反射端(9)传输到所述光学谐振器(12)外部，且所述激光束的另一部分被反射到所述光学谐振器(12)内部，其特征在于所述光学子模块(25、26)是包括光学装置(2、8)的空间滤波装置，所述光学装置(2、8)在光学子模块(25、26)中具有确切位置，以使得所述光学子模块能够在激光束在所述光学装置(2、8)中往返后将所述多模光纤(7)的基模的振幅和相位再现在所述多模光纤(7)的入射或出射面(23、24)上，从而使基模中的损耗最小，以及使得所述光学子模块能够过滤其它的模，在光学谐振器中的所述其它模中产生额外的损耗，从而使在光学谐振器中传播的激光的模的数量最少。2. 如权利要求l所述的功率光纤激光装置，其特征在于所述光学 谐振器(12)包括两个子模块(25， 26),其被设置在所述多模光纤(7) 的每个端部上。3. 如^l利要求l所述的功率光纤激光装置，其特征在于所述光学谐振器(12)只包括一个光学子模块(25， 26)，其被设置在所述多模光 纤(7)的一端上，所述光学谐振器(12)在其另一端处由光学闭合装置闭 合。4. 如权利要求3所述的功率光纤激光装置，其特征在于闭合所述 光学谐振器(12 )的所述光学闭合装置由所述多模光纤的入射或出射面(23， 24)之一构成，所述入射或出射面(23, 24)是平面且与所述光纤(7)的 光轴垂直。5. 如权利要求3所述的功率光纤激光装置，其特征在于闭合所述 光学谐振器(12)的所述光学闭合装置由对光波具有会聚和反射特性的单 个光学元件构成。6. 如权利要求1-5中任一项所述的功率光纤激光装置，其特征在 于所述光学子模块(25, 26)的光学装置(2， 8)包括与所述反射端(6， 9)之一相结合的一个或多个透...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·梅蒂维耶，F·萨林，
申请(专利权)人：埃奥利特系统公司，
类型：发明
国别省市：FR