專利名稱：高功率釹纖維激光器和放大器的制作方法
技術領域：
本公開涉及可操作以在主波長和寄生波長處發(fā)射輻射線的高功率纖維激光器系統(tǒng)(“HPFLS”)。更特別地，本公開涉及具有Nd摻雜纖維的增益塊，所述增益塊可操作以產生/放大期望波長的輻射線，同時限制寄生波長處的增益。本公開還涉及具有Nd摻雜纖維的增益塊，所述增益塊可操作以產生高次諧波。
背景技術：
近來已經加強了對在880_960nm的發(fā)光范圍內發(fā)射光的纖維激光器系統(tǒng)的開發(fā)和功率標定，因為發(fā)現這些系統(tǒng)可應用于各種工業(yè)中。例如，這些系統(tǒng)可用作Yb摻雜型纖維激光器的強力泵送件?？蛇x擇地，這些纖維激光器系統(tǒng)用于實現二次諧波的產生，即，與雙頻產生相關的非線性光學過程，因此實現了半波長，即，450-470nm。在該范圍內工作的激光器系統(tǒng)被稱為“藍色”激光器。公知的是，與880_960nm的發(fā)光波譜范圍相對應的釹離子的4F3/2_4I9/2變換終止于接地狀態(tài)。因此，在該波譜范圍內的信號經過接地狀態(tài)吸收，結果，需要高粒子數反轉來實現該波譜范圍內的合理增益，使得在寄生的1060nm波長的周圍具有極高的增益。兩個最常見的方法通常用于解決該問題。一種已知的方法基于減少纖維中有源離子的濃度和有源纖維的長度。該方法的實現通常需要使用具有極大芯直徑的纖維，以便于泵送輻射線的有效吸收。這反過來使得較高次模的增益的大幅度增加成為必需。應當注意的是，1060nm范圍內的高寄生增益的效果和較高次模放大率的增長彼此疊加并且使得對于1060nm的較高次模增益災難性增長。可以通過減小芯/包覆層折射率差并且對于高次模甚至在長波長波譜范圍內的基模引發(fā)彎曲損耗來克服這種限制。在實踐中另一寬泛使用的方法基于通過使用w輪廓的有源纖維在長波長范圍內抑制有源纖維的基模。通常，該方法需要使用極小的芯直徑的有源纖維。這使得使用具有合理泵送吸收率所需的高濃度的有源離子以及因此使得能夠達到數百dB的在1060nm波譜范圍內的高寄生增益成為必需。這意味著，w輪廓有源纖維的抑制應當超過數百dB,這點極難實施或監(jiān)控。除此之外，這種高濃度的釹離子將使得泵送轉換效率降低。除此之外，與小芯直徑相對應的模場直徑的壓縮將降低非線性現象的閾值。所有上述原因阻礙了 900nm范圍內的高性能和高功率釹纖維激光器的實現?？傊?，基于Nd摻雜纖維的增益塊以各個信號波長和寄生波長處的放大率為特征。在900nm范圍內信號波長處的增益的期望值處在1060nm范圍內寄生波長處的增益為Nd摻雜纖維的總長度和有源離子的濃度的函數。通常，隨著纖維長度和濃度的增加，寄生范圍內的增益也增大。在Nd摻雜纖維中增益塊中的泵送吸收率也與Nd摻雜纖維的長度和有源離子的濃度成比例。因此，通過具有較大的長度和較高的Nd離子濃度來增加泵送吸收率必然地使得寄生放大率增長。
因此，對于基于Nd摻雜纖維的增益塊以及制造所述塊的方法存在需求，無需增大摻雜劑濃度和增加有源纖維長度來提高泵送光吸收率。另外，對于設置有釹纖維增益塊的高性能和高功率纖維激光器系統(tǒng)存在需求。
此外，對于基于用于產生增益塊的輻射線的二次或更高次諧波的釹摻雜纖維增益塊的纖維激光器系統(tǒng)存在需求。

發(fā)明內容
所公開的Nd摻雜增益塊的構造和在各個創(chuàng)造性光學方案中的塊的應用滿足了這些需求。所公開的增益塊被構造為具有側泵送(“SP”)構造，所述SP構造包括沿著相應的相對側邊彼此光學耦合的固定長度的Nd摻雜有源纖維和被動泵送輸送纖維。SP構造被構造為具有有源纖維的芯面積Ac與總泵送引導包覆層面積Aclad之間的高比率。所公知的是，比率越大，泵送光吸收越高。因此，相應的有源纖維和輸送纖維的構造提供了泵送光的高效吸收以及在900nm范圍內的期望波長處的高增益。同時，1060nm范圍內的寄生增益不超過合理閾值。特別地，細長的有源纖維具有由兩個間隔開的小面積端區(qū)域和大面積中央區(qū)域限定的雙瓶頸形狀，而輸送纖維具有啞鈴形狀，所述啞鈴形狀具有在相對的大面積端區(qū)域之間延伸的小面積中央區(qū)域。各種纖維的中央區(qū)域被構造為使得芯面積和總包覆層面積之間的比率被選擇以允許增大泵送光吸收率。因此，與上面討論的技術不同的所公開的增益塊和用于制造所述增益塊的方法不必然地具有用于提高泵送光吸收率的較大的纖維長度和較高的濃度。然而，即使芯面積和總包覆層面積之間的比率增大，泵送光的部分通常未被吸收并且因此未被充分利用。當然，后者降低了增益塊的效率。因此，所公開的泵送布置被構造為使得未吸收的泵送光在首先通過芯的中央吸收區(qū)之后被利用。所公開的泵送布置中的一種被構造為將未吸收的光返回到相同的吸收區(qū)域，但是沿著與最初的方向相反的方向。另一種構造提供了 在用于泵送的情況下，將未吸收的泵送光引導到相鄰的增益塊。


上述和其它的特征以及優(yōu)點將從下面的附圖所伴隨的具體描述中變得更加顯而易見，其中圖I為公開的纖維塊的示意圖；圖2為圖I的纖維塊的SP布置的一種構造；圖3為圖I的纖維塊的有源纖維的改進構造；圖4為圖I的塊的SP布置的另一構造；圖4A為圖4的纖維塊的另 一種構造的示意圖；圖4B為圖4的纖維塊的又一種構造的圖；圖5為構造為具有圖I的纖維增益塊的公開的管線式纖維激光器系統(tǒng)的示意圖；圖6為構造為具有圖I的纖維塊的公開的高功率激光器系統(tǒng)的另一種構造的示意圖；圖7為圖5和圖6的激光器系統(tǒng)的輸出信號的波譜；
圖8為構造為具有圖1-4的公開的纖維塊的藍色激光器的示意圖；以及圖9為構造為具有圖1-4的纖維塊的具有泵送的高功率纖維激光器系統(tǒng)的圖解圖。
具體實施例方式現在將詳細參照在附圖中所示的本發(fā)明的多個實施方案。在附圖和說明書中盡可能使用相同或相似的附圖標記來指代相同或相似的部件或步驟。附圖為簡化的形式且不是精確的比例。用語“耦合”、“可操作地連接”以及類似術語不一定表示直接和緊接著的連接，而且包括通過中間元件或器件的連接。圖I示意性地示出了纖維塊10，纖維塊10被構造為纖維放大器或纖維激光器并且包括例如多模(MM)、多包覆層的有源纖維24，有源纖維24的相對端與相應的單模(SM)輸入和輸出被動纖維14和16毗鄰拼接。構造為具有一個或多個光源的泵送25可操作以依照SP布置輻射耦合到有源纖維24中的泵送光。無芯MM泵送光輸送被動纖維28具有與有源纖維24的延伸部可操作地連接的延伸部以使耦合的延伸部限定耦合區(qū)。泵送光被發(fā)射到有源纖維24中并且至少部分地由纖維摻雜芯的增益介質沿著耦合區(qū)吸收。如果需要，連接的纖維可以響應于施加到其上的外力而彼此分離。Nd離子按既定濃度被導入有源纖維的芯中，提供在900nm波長范圍內的期望增益和1060nm范圍內的合理增益。聚合套筒26環(huán)繞纖維24和28并且沿著大致整個耦合區(qū)與纖維24和28可操作地連接。分別與套筒26結合的纖維24和28為SP構造的主要部件。圖2示出了纖維塊10的相應的纖維24和泵送光輸送被動纖維28的所公開的幾何形狀的一個方案。有源纖維24的芯12可通過與芯共同延伸的多個包覆層42 (僅示出了一個)環(huán)繞。有源纖維24的幾何形狀，即相應的芯12和包覆層42沿著纖維縱軸的截面，具有雙瓶頸形截面。雙瓶頸形截面包括窄的均勻尺寸的輸入端區(qū)域36、具有比輸入區(qū)域的面積大的面積Acore的均勻尺寸的吸收中央區(qū)域或中部區(qū)域38以及橋接端區(qū)域和中央區(qū)域的截頭錐形輸入變換區(qū)域46。為了使雙瓶頸區(qū)段完整，芯12進一步具有截頭錐形輸出變換區(qū)域和端區(qū)域。芯12可以支持橫向的單模或多模。盡管芯的吸收區(qū)域38的芯面積Acore增加，無芯輸送纖維28的中央區(qū)域或中部區(qū)域44的面積以及因此總包覆層面積Aclad增加。通常，輸送纖維28的截面進一步稱為啞鈴形截面，其蘊含了以相對小面積的中央區(qū)域和相對大面積的端區(qū)域為特征的任何形狀。各種纖維的增大和減小的系數不是任意的。選擇系數以使中央區(qū)域的總包覆層面積優(yōu)選地與圖2的整個SP結構的輸入端的總包覆層面積相同。后者使得泵送光的功率密度以及因此后者的數值孔徑保持不變；否則，該結構將具有增加的泵送光損耗。通常，假設所述后者保持相對小的孔徑，輸送纖維28的減小的系數的確定基于如下事實纖維的包覆層面積的減少使得這種纖維的數值孔徑(NA)擴大。例如，假設初始的輸送纖維28保持O. I的NA并且套筒26保持O. 4的NA，總包覆層面積可減少四倍，而不存在大量的泵送光損耗。在一些情形下，期望的是，增益塊10不僅在限制1060nm范圍內的增益的同時發(fā)射期望的900nm范圍內的強力輻射線，而且輸出可近似具有期望模數的輻射線。通常，由纖維激光器系統(tǒng)所輻射的高質量光需要極少或者甚至實質上優(yōu)選地單個基模。如果各個SM被、動纖維14、16的模場直徑(MFD)和由在這種情況下具有MM構造的芯12支持的基模在很大程度上比匹配，則發(fā)生實質上僅基?；驑O少模的激發(fā)。因此，有源纖維24的相對端被構造為在SM傳播通過這些纖維之間的拼接區(qū)域時，允許由輸入纖維14支持的SM模在MM芯12中實質上激發(fā)出基?；驑O少的模。圖3示出了圖2的SP結構的變型例，其提供了每長度單位內增強的泵送光吸收，從而在900nm范圍內的工作波長處發(fā)射具有期望增益的輻射線同時在圍繞1060nm的寄生波長處限制不可接受的增益。有源纖維50構造為具有均勻、非擴大的包覆層直徑42 ;然而，芯12具有瓶頸或雙瓶頸形截面。無芯泵送光輸送MM被動纖維顯示為沿著耦合區(qū)域具有減小的面積。因此，芯12的面積Acore和作為相應的有源的、被動的和套筒纖維的包覆層面積之和的總包覆層面積Aclad之間的比率相對高，并且期望波長處的吸收率被增強。通常，不是所有的泵送光由有源纖維的芯的增益介質吸收。在泵送光最初僅耦合到有源纖維24的輸入端區(qū)域中的構造中，被動輸送纖維28的輸出端區(qū)域的面積被構造為比有源纖維24的輸出區(qū)域的面積大N倍。上面公開的相應的有源纖維和被動纖維的面積 之間的關系使得在耦合區(qū)域的端處未吸收的光在有源纖維和被動纖維之間分配。因此，被動輸送纖維28具有比有源纖維24的輸出端多N倍的未吸收泵送光。優(yōu)選地，輸送纖維28的輸出端區(qū)域的面積為一個纖維24的大約7倍至大約10倍。在結構上，輸送纖維的相對的輸入和輸出端可均勻或者不均勻地定形和定尺寸。類似地，可以或者可以不均勻地構造有源纖維的相對小面積端區(qū)域。耦合到被動纖維28中的未吸收泵送光可再次用于泵送下一個增益塊，如下文所公開的?？蛇x擇地，其余的泵送光可通過反射器27反射回去，用于沿相反的方向泵送有源纖維24。反射器27可構造為纖維反射鏡、散纖維反射鏡或其它反射鏡。圖4示出了構造為具有從側面與有源纖維54相接的兩個被動纖維52、56的增益塊10的SP構造的另一變型例。有源纖維54具有摻雜有能夠產生/放大期望波長和寄生波長的輻射線的諸如Nd摻雜劑等增益介質的MM芯。泵送光可以沿相同的方向分別與被動纖維52和56 I禹合,所述相同的方向優(yōu)選地與信號光的向前傳播方向相反。被動纖維52、56的幾何形狀對應于圖2中的被動輸送纖維28的幾何形狀，因此具有啞鈴形截面?？蛇x擇地，以U形形式布置的單個被動纖維可以與沿著有源纖維54的中央區(qū)域延伸的多個間隔開的小面積中央區(qū)域一起使用。有源纖維54的構造可以為圖2和圖3中所示的那些構造。圖4的SP構造的結構可以具有在橫向于各個纖維的縱軸的平面中對準的總共三根纖維，如圖4A所示。可選擇地纖維可以定位為在橫向平面中限定圖4B的三角形形狀。纖維具有彼此耦合的相應共同延伸的縱向中央區(qū)域。被動輸送纖維52、56分別使得一起與各個泵送間隔開的其遠端融合，這允許在例如這種光第一次從被動纖維52傳遞到被動纖維56的期間未吸收的泵送光在沿相反的方向從纖維56傳遞到纖維52的期間被進一步吸收。因此，在所示的構造中，極大地提高了泵送光的吸收率。優(yōu)選地，各個被動纖維的遠端在與各個輸送纖維的輸入端區(qū)域間隔開的芯端區(qū)域的附近融合。總之，能夠通過下面的實施例闡述上文公開的所有實施方案。假設增益塊構造為具有纖維，所述纖維具有芯，所述芯在一定濃度PPMx下?lián)诫s有Nd離子。要求增益塊在920nm的波長處產生5dB的增益，而不是在高于30dB的寄生波長處具有增益。已知工作波長和寄生波長處的摻雜劑濃度和目標增益，Nd纖維的最小可能的總長度不應超過30/PPMx。已經確定了限制寄生波長處的預設增益的ND摻雜纖維的最小可能長度，現在需要提供沿著確定長度的最大吸收率，從而在920nm波長處具有5dB的增益。圖5示出了具有典型MOPA構造的高功率管線式纖維激光器系統(tǒng)65。系統(tǒng)65包括輸出例如918nm的期望波長λ I的信號的種源，所述信號耦合到被動纖維64中，被動纖維64將這種光輸送到Nd摻雜的有源纖維62中。泵送25可以包括以例如808nm的波長產生泵送光的一個或多個激光二極管，所述泵送光耦合到升壓增益塊63的有源纖維62中。依照上述公開的實施方案中的一個構造的前置放大器62為918nm期望波長和1060nm寄生波長的光信號提供增益。光信號稱合到濾波器部件66中，濾波器部件66通濾出寄生頻率來區(qū)分寄生頻率和主頻率。濾波器66可選自具有長周期或傾斜纖維光柵的被動纖維、具有增強濃度的釤(Sm3+)或本領域技術人員所公知的其它類似功效的摻雜劑的被動纖維、具有W折射率輪廓或體光學的被動纖維。經濾波的光進一步耦合到隔離器68中， 所述隔離器68構造為防止背反射的輻射線朝向上游的光學部件傳播。最后，光耦合到包括也依照SP結構的上述公開的變型例構造的增益塊63的增強級中。通過激光二極管來泵送增強級。所有的被動和有源纖維彼此毗鄰拼接并且構造為具有彼此基本匹配的相應的MFD。已經對系統(tǒng)65進行了測試，系統(tǒng)65在181W泵送功率級處呈現出在具有M2 1.05的900nm范圍內多于102W的最大輸出功率。圖8示出了激光器系統(tǒng)65的輸出波譜，其清楚地顯示了在期望波長范圍內實質上放大的光和在寄生波長范圍內光信號的受限的放大率。圖6示出了設置有上文公開的增益塊的多個級聯(lián)的高功率纖維激光器系統(tǒng)70中的每個的構造。系統(tǒng)70的構造示出了殘留在一個放大級的被動泵送輸送纖維中的泵送光有效地用于下一個放大級的有源纖維的附加泵送。SM被動纖維78支持期望波長λ i處的信號的傳播并且將光輸送到具有雙瓶頸形狀的上游增益塊75的雙包覆層的、MM Nd摻雜纖維74。隨著放大的信號光沿著被動SM纖維78傳播通過構造與圖5的濾波器66相似的濾波器90，寄生頻率處的信號光倍進一步濾出。最終，期望頻率處的放大光通過另一 SM被動纖維78傳播并且耦合到相鄰增益塊85的 雙包覆層的MM Nd摻雜纖維80中，在雙包覆層的MM Nd摻雜纖維80中，放大光被進一步放大以便在kPinput處發(fā)射期望波長范圍內的輻射線，其中k為增益系數。泵送組件包括多個光源，所述多個光源具有組合到耦合器82中的相應的輸出，耦合器82與支持驗證與信號的方向相反的方向泵送光的傳播的麗無芯泵送光輸送纖維76的一端融合。泵送光僅耦合到SP構造的一個側邊中，并且殘留在輸送纖維72中的這種光的部分進一步耦合到MM被動纖維84中。最終，殘留的泵送光耦合到下游增益塊85的MM泵送光無芯輸送纖維86中。增益塊85具有其自身的泵送布置，泵送布置具有一個或多個激光二極管，激光二極管具有組合到稱合器88中的相應的輸出，I禹合器88與泵送光輸送纖維86融合。結果，泵送光沿著與從增益塊75輸送的泵送光的方向相反的方向I禹合到塊85的有源纖維80的包覆層中。殘留在泵送光輸送纖維86中的泵送光被朝向上游增益塊75進一步引導，在上游增益塊75中，泵送光被發(fā)射到有源纖維72的包覆層中并且進一步橫穿有源纖維72的芯從而被吸收。因此，泵送光布置允許殘留在泵送光輸送纖維中的每個的輸出處的泵送光朝向另一輸送纖維傳播，以用于有源纖維的附加泵送。圖7示出了 “藍色”纖維激光器系統(tǒng)。以圖解方式示出的系統(tǒng)包括依照本公開構造并且包括Nd摻雜包覆層泵送的有源纖維和MM泵送光輸送纖維的增益塊94。如在上文公開的所有變型例中，增益塊94可被構造為激光器或放大器，所述激光器或放大器可操作以在900nm范圍內輸出期望波長的激光。輸出的光耦合到二次或更高次諧波發(fā)生器96中，諧波發(fā)生器96可操作以將耦合的光的頻率加倍并且在大約450nm和大約470nm之間的范圍內的波長處發(fā)射輸出福射線。圖9示出了強力纖維激光器系統(tǒng)115，其設置有多個增益塊，每個增益塊基于多模多包覆層纖維110、112，并且進一步具有多個泵送組件125。每個泵送組件125具有多個通道125i_n，每個通道125i_n構造為優(yōu)選地具有由相應陣列的激光二極管120泵送的SM Nd纖維激光器123。依照圖2-6的光學方案來構造Nd纖維激光器123。優(yōu)選地通過SM-MM組合器127來組合多個SM Nd激光器123。Nd纖維激光器123均產生大約900_940nm的波長的光學輸出。SM-MM組合器127的輸出耦合到Yb纖維激光器塊122、124的相應輸入，根據在限定容納增益塊的共振腔的相應的被動纖維中寫入的光柵，Yb纖維激光器塊122、124發(fā)射大約970-1000nm或更長波長的光學輸出Ιο。在期望900nm范圍內的Nd激光器的泵送發(fā)射波長與Yb輸出的泵送發(fā)射波長接近度使得發(fā)熱大幅度減少。制造圖2的相應的有源和輸送纖維24、28的過程包括從相應的預型件中同時抽出纖維。嚴格地控制纖維被分別抽出的速度以接受纖維24、28的相應中央區(qū)域的期望的面積擴大和縮小，并且所述速度不均勻。此外，纖維24、28被抽出的相應速度不相同。由于纖維24、28分別被修正，相應纖維的每對擴大和縮小面積的中央區(qū)域可移除地彼此附接，從而通過施加不大的力可容易將它們分離。
已經結合附圖描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中的至少一個，應理解的是，本發(fā)明不限于那些精確的實施方案，本領域技術人員可以在本發(fā)明中實現各種變型例、改進和改動，而不會偏離由隨附的權利要求限定的本發(fā)明的范圍或主旨。
權利要求
1.一種包括至少一個纖維塊的纖維激光器系統(tǒng)，其構造為具有 有源纖維，其沿著縱軸延伸并且設置有同心外包覆層和內雙瓶頸形Nd摻雜芯，所述內雙瓶頸形Nd摻雜芯可操作以在工作波長和寄生波長處輻射激光信號；以及 至少一個啞鈴形無芯輸送纖維，其將泵送光引導到所述有源纖維，所述有源纖維和所述輸送纖維具有構造為在擴大面積的中央區(qū)域中提供這樣的泵送光吸收率以使所述有源纖維被構造為具有最短可能的長度的相應的軸向共同延伸的所述擴大面積的中央區(qū)域和縮小面積的中央區(qū)域，所述最短可能的長度允許在工作波長處的期望增益，同時將所述寄生波長處的增益限制為預設閾值。
2.如權利要求I所述的纖維激光器系統(tǒng)，其中，所述有源纖維和所述輸送纖維被構造為使得對于所述有源纖維的所述最短可能的長度和導入所述有源纖維的所述芯中的稀土族摻雜劑的既定濃度，選擇相應的大面積中央區(qū)域和相應的所述有源纖維和所述輸送纖維的所述中央區(qū)域的總包覆面積之間的比率以便為所述有源纖維提供在所述工作波長處的期望增益和在所述寄生波長處的所述預設增益。
3.如權利要求I所述的纖維激光器系統(tǒng)，其中，所述輸送纖維的輸出端區(qū)域構造為包含比所述有源纖維的輸出端區(qū)域多N倍的未吸收泵送光，N為所述輸送纖維的所述輸出端區(qū)域的面積與所述有源纖維所述輸出端區(qū)域的包覆層面積之間的比率。
4.如權利要求3所述的纖維激光器，進一步包括反射部件，其與所述輸送纖維的所述輸出端區(qū)域耦合；以及泵送單元，其輻射耦合到所述輸送纖維的輸入端中的所述泵送光，其中，所述反射部件被構造為朝向所述輸送纖維的所述輸入端區(qū)域背反射沿著所述有源纖維的所述最短可能的長度未吸收的所述泵送光，從而所述未吸收的泵送光重新發(fā)射到所述有源纖維的所述中央區(qū)域中。
5.如權利要求2所述的纖維激光器系統(tǒng)，其中，所述中央區(qū)域的所述總包覆層面積和相應的所述有源纖維和所述輸送纖維的輸入端區(qū)域的總面積彼此基本相等。
6.如權利要求2所述的纖維激光器系統(tǒng)，進一步包括圍繞相應的所述有源纖維和所述輸送纖維的所述中央區(qū)域的保護性纖維套筒，相應的所述有源纖維和所述輸送纖維的所述中央區(qū)域的所述總包覆層面積按與相應的保護性套筒和輸送纖維的數值孔徑之間的比率至少相等的系數減小。
7.如權利要求I所述的纖維激光器系統(tǒng)，進一步包括另一啞鈴形輸送纖維，所述另一啞鈴形輸送纖維構造與所述一個輸送纖維基本相同并且被定位為使得中央減小面積的相應的一個和其它的所述輸送纖維沿著所述激光器系統(tǒng)的縱軸與所述有源纖維的中央區(qū)域基本共同延伸并且在橫向于對稱軸延伸的平面中與所述中央區(qū)域對準。
8.如權利要求7所述的纖維激光器系統(tǒng)，進一步包括泵送光源，所述泵送光源輻射耦合到輸送纖維中的一個的輸入端中的所述泵送光，相應的輸送纖維的輸出區(qū)域在與所述一個輸送纖維的所述輸入端軸向間隔開的所述中央區(qū)域的端附近彼此融合，其中所述融合的輸送纖維限定U形構造。
9.如權利要求7所述的纖維激光器，其中，所述泵送光源具有兩個泵送單元，每個所述泵送單元均輻射所述泵送光，輻射的泵送光耦合到所述U形輸送纖維的相應的輸入區(qū)域中從而沿相反的方向傳播。
10.如權利要求I所述的纖維激光器系統(tǒng)，進一步包括另一啞鈴形輸送纖維，所述另一啞鈴形輸送纖維與所述一個輸送纖維基本相同并且被定位為使得相應的所述輸送纖維的中央小面積中央區(qū)域與所述有源纖維的所述擴大面積的中央區(qū)域軸向共同延伸，相應的有源纖維和輸送纖維在橫向于所述軸延伸的平面中限定三角形構造。
11.如權利要求I所述的纖維激光器系統(tǒng)，進一步包括另一個纖維塊，所述纖維塊構造為與所述一個纖維塊相似并且在所述主波長和所述寄生波長處可操作所述激光信號，相應的一個或另一個增益塊的所述泵送光輸送纖維彼此光學接觸，以使保留在所述一個纖維塊的所述輸送纖維的所述輸出區(qū)域中的未吸收光被引導到所述另一個纖維塊的所述輸送纖維，這將接收到的未吸收泵送光發(fā)射到所述另一個纖維塊的所述有源纖維的擴大面積的中央區(qū)域中。
12.如權利要求11所述的纖維激光器系統(tǒng)，進一步包括光源，其產生所述泵送光，所述泵送光耦合到所述一個纖維塊的所述輸送纖維中；以及反射部件，其耦合到所述另一個纖維塊的所述輸送纖維的大面積輸出端區(qū)域中并且可操作以背反射保留在所述另一個纖維塊的所述輸送纖維的所述輸出區(qū)域中的所述未吸收泵送光。
13.如權利要求11所述的纖維激光器系統(tǒng)，進一步包括兩個光源，所述兩個光源產生耦合到所述纖維塊的相應輸送纖維中的相應的泵送光，其中，所述一個纖維塊中的所述未吸收泵送光可操作地耦合到另一個塊的所述輸送纖維中，這將接收到的未吸收泵送光發(fā)射到所述另一個纖維塊的所述有源纖維中。
14.如權利要求13所述的纖維激光器系統(tǒng)，進一步包括 光學濾波器，其位于所述一個纖維塊和所述另一個纖維塊之間，以及 光學波導管，其通過所述光學濾波器引導所述纖維塊之間的激光信號，所述光學濾波器被構造為發(fā)送所述塊之間大約900nm波長處的激光并且阻止1600nm寄生波長處的激光的進一步傳播。
15.如權利要求14所述的纖維激光器系統(tǒng)，其中，所述光學濾波器選自由長周期纖維光柵、傾斜纖維光柵、具有增大濃度的釤(Sm3+)的纖維和具有W折射率輪廓和體光學的纖維以及這些的組合組成的組。
16.如權利要求I所述的纖維激光器系統(tǒng)，進一步包括增益塊，所述增益塊設置有將激光從所述纖維塊引導到所述增益塊以使具有Nd摻雜有源纖維的所述纖維塊被構造為用于增益塊的泵送的Yb摻雜纖維和輸出無芯纖維，所述寄生波長在1060nm的范圍內，所述工作波長在900nm的范圍內。
17.如權利要求I所述的纖維激光器系統(tǒng)，進一步包括非線性晶體，所述非線性晶體接收來自所述纖維塊的激光輻射線并且可操作以將其頻率加倍從而主要輸出在450-470nm范圍內的光。
18.—種構造如權利要求I所述的纖維激光器系統(tǒng)的方法，包括 (a)以非均勻速度牽引有源纖維，從而為所述有源纖維的芯提供雙瓶頸形狀，所述雙瓶頸形狀包括軸向間隔開的相對的端區(qū)域和中央區(qū)域，所述中央區(qū)域具有比每個所述端區(qū)域的面積大的面積，所述芯摻雜有一定濃度的Nd離子并且具有最短可能的長度，在所述最短可能的長度處，1060nm的寄生波長范圍內的增益不超過預設值； (b)與(a)同時以不同于步驟(a)中所述非均勻速度的非均勻速度牽引泵送光輸送無芯纖維，從而使所述輸送纖維具有啞鈴形狀，在所述啞鈴形狀中中央區(qū)域具有比相對的每個所述端區(qū)域的面積小的面積， (d)與(a)和(b)同時可移除地耦合相應的有源纖維和被動纖維的所述中央區(qū)域，其中所述中央區(qū)域被構造為對于既定摻雜劑濃度和所述有源纖維的最短長度，具有所述中央區(qū)域的面積和提供所述有源纖維的相應纖維的耦合中央區(qū)域的總包覆層面積之間的比率，使得最優(yōu)增益在工作波長范圍之內。
19.如權利要求17所述的方法，進一步包括至少沿著耦合的中央區(qū)域在相應的有源纖維和所述輸送纖維的包覆層上方提供保護性纖維套筒， 其中，牽引所述纖維包括與所述套筒和所述輸送纖維相應的數值孔徑之間的比率成比例地減小所述輸送纖維的所述中央區(qū)域的包覆層面積。
20.如權利要求18所述的方法，其中，牽引所述纖維進一步包括 使所述輸送纖維的所述相對的端區(qū)域中的一個具有比所述有源纖維的共同延伸的端區(qū)域的面積大的面積，從而在所述輸送纖維的所述一個端區(qū)域中收集在所述中央區(qū)域中未被吸收的較大部分的所述泵送光，以及 將反射部件耦合到所述輸送纖維的所述一個端區(qū)域，從而將所述泵送光的未吸收的大部分引回到所述輸送纖維的另一端區(qū)域，從而重新泵送所述中央區(qū)域；或者 朝向相應的另一有源纖維和輸送纖維的耦合中央區(qū)域引導未吸收的大部分泵送光，從而利用所述未吸收的大部分泵送光來泵送另一有源纖維的中央區(qū)域。
全文摘要
提供了一種纖維塊，所述纖維塊被構造為具有包括Nd摻雜有源纖維和泵送光輸送纖維的纖維塊，所述輸送纖維具有以并排構造沿著有源纖維延伸的延伸部，從而將泵送光發(fā)射到所述有源纖維的Nd摻雜芯中。有源纖維的芯由至少一個或多個包覆層圍繞，所述包覆層與芯相似，具有雙瓶頸形截面，雙瓶頸形截面具有相對大面積的中央區(qū)域和相對小的輸入和輸出區(qū)域。泵送光輸送纖維被構造為具有大致啞鈴形截面，啞鈴形截面具有與有源纖維的中央區(qū)域共同延伸的相對小面積的中央區(qū)域。有源纖維的尺寸設計為使得有源纖維的總長度被構造為提供在900nm范圍內的激光信號的最大放大率，同時將1060nm范圍內的放大率限制為預設閾值。纖維塊被進一步構造為使得在被動纖維的相對大面積的輸出端區(qū)域中支撐的未吸收光的主要部分進一步用于泵送相鄰的纖維塊。
文檔編號H01S3/067GK102687353SQ201080045211
公開日2012年9月19日 申請日期2010年10月7日 優(yōu)先權日2010年10月7日
發(fā)明者瓦倫丁·蓋龐特瑟夫, 米克哈伊爾·維亞特金, 艾廉·扎特斯蒂夫 申請人:Ipg光子公司