高功率空間濾光器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種光學(xué)系統(tǒng)，其操作以從傳播通過(guò)自由空間的激光中過(guò)濾掉高數(shù)值 孔徑或數(shù)值口徑射線。
【背景技術(shù)】
[0002] 為了滿足現(xiàn)在的工業(yè)需求，一般包括固體激光器和光纖激光器的激光器變得越來(lái) 越高效能。然而，通常應(yīng)當(dāng)在不劣化激光的質(zhì)量的情況下得到高的光能量。在不同結(jié)構(gòu)或 配置的光纖激光系統(tǒng)中激光傳播通過(guò)自由空間是經(jīng)常遇到的。例如，光纖激光系統(tǒng)的諸如 隔離器、環(huán)行器等的帶有引出端的光學(xué)部件被構(gòu)造有要求光經(jīng)由自由空間傳播的光路連續(xù) 段。而另一種要求光經(jīng)由自由空間傳播的光學(xué)構(gòu)造包括通常操作為泵浦源的激光二極管模 塊。激光二極管模塊典型地具有多個(gè)發(fā)出各自的光束的激光二極管。光束被進(jìn)一步校準(zhǔn)和 聚焦在多模（MM)傳送光纖的入口承接口（faucet)，該多模傳送光纖進(jìn)一步將泵浦光引導(dǎo) 到光纖增益組件。
[0003] 將被聚焦的光線耦合到光纖一般地是重要的，特別是當(dāng)激光二極管模塊用作用于 能夠發(fā)出激光的光纖激光系統(tǒng)的泵浦時(shí)。通常，在多種工業(yè)中觀察到的進(jìn)展是越來(lái)越多地 需要具有高質(zhì)量高功率的激光束。
[0004] 滿足這種需求的是典型地包括一個(gè)或多個(gè)二極管泵浦模塊的所謂的高功率光纖 激光系統(tǒng)。產(chǎn)生的泵浦光然后被耦合到一個(gè)或多個(gè)增益組件。增益組件被構(gòu)造有典型地具 有多模（"MM"）芯部的主動(dòng)光纖或激活光纖，該多模芯部被構(gòu)型為在想要的波長(zhǎng)基本上只 承載基礎(chǔ)模式（FM)。分別親合到主動(dòng)光纖的相對(duì)兩端的輸入和輸出單模式（SM)被動(dòng)光纖 典型地組成了增益組件的一個(gè)光纖單元。
[0005] 用于高功率激光系統(tǒng)的泵浦激光二極管模塊被構(gòu)造為帶有引出端的光學(xué)元件， 即，帶有耦合到其上的光纖的元件。因此，來(lái)自多個(gè)發(fā)光器的被聚焦的MM光線被耦合到MM 被動(dòng)光纖，該MM被動(dòng)光纖忠于其定義支持包括最強(qiáng)效的基礎(chǔ)模式的多個(gè)橫向模式。這些模 式"競(jìng)爭(zhēng)"給定的功率。在麗被動(dòng)光纖中激發(fā)了更多的高階模式（HOM)的情況下，基礎(chǔ)模 式的功率降低。
[0006] 被傳送的基礎(chǔ)模式的功率損失極大地影響了上述公開(kāi)的高功率光纖激光系統(tǒng)的 總體效率。因此，期望由MM被動(dòng)光纖傳送的基礎(chǔ)模式是最有效的或最強(qiáng)的，這可以通過(guò)降 低高階模式的數(shù)量實(shí)現(xiàn)。
[0007] 存在幾個(gè)影響激發(fā)的HOM(高階模式）的數(shù)量的因素。例如，在將被聚焦光線耦合 到MM被動(dòng)光纖的過(guò)程中，大多數(shù)光線進(jìn)入到MM芯部。這種光主要激發(fā)中心芯部模式，其中， 光功率強(qiáng)度圍繞光纖的主要被基礎(chǔ)模式和少數(shù)中心HOM所占據(jù)的芯部區(qū)域?qū)?zhǔn)。
[0008] 但是具有各自的大數(shù)值孔徑的一些激光光線，即以相對(duì)于光纖的光軸的較大角度 傳播的光線，從MM芯部偏離雜散并且沒(méi)有很好地與MM芯部對(duì)準(zhǔn)。此種雜散光線可能激發(fā) 光纖的大量的包層模式和通常沿著芯部/包層界面?zhèn)鞑サ耐鈬静縃OM(高階模式）。這些 外圍HOM也降低了基礎(chǔ)模式的功率和質(zhì)量，并且附加地，經(jīng)常趨于不能耦接到光纖，從而出 現(xiàn)對(duì)環(huán)境的危害。特別是，使得光纖免受機(jī)械應(yīng)力的保護(hù)性聚合物層很容易被破壞，這樣經(jīng) 常導(dǎo)致光纖自身的不可修復(fù)的損壞。另外，解耦光對(duì)光纖系統(tǒng)的其他光學(xué)部件而言是危險(xiǎn) 的。
[0009] 傳統(tǒng)地，光圈止擋件或孔闌或光圈被用于過(guò)濾掉雜散的激光以防止其進(jìn)入到光 纖。這種直接的解決方案通常對(duì)常規(guī)的自由空間光學(xué)器件而言是有效的。然而，在與高功 率泵浦模塊相關(guān)的微型光學(xué)器件中，孔闌更難以處理。因此，不能一直滿足在相對(duì)于光纖軸 線安裝和對(duì)準(zhǔn)過(guò)程中對(duì)高精度的要求。繼而，對(duì)于大規(guī)模生產(chǎn)而言，后者降低了激光模塊的 可靠性和可復(fù)制性。
[0010] 外圍模式的激發(fā)導(dǎo)致上述的不想要的后果不僅僅限于泵浦光傳送系統(tǒng)。光纖激光 系統(tǒng)也經(jīng)常具有校準(zhǔn)光傳播通過(guò)自由空間然后耦合至光纖的光路。例如，終端組件具有準(zhǔn) 直透鏡，或者多級(jí)聯(lián)高功率光纖激光系統(tǒng)經(jīng)常包括隔離器、環(huán)行器和其他大型部件，這些部 件配置有在光線被耦合到光纖之前的自由空間光路。在很多情況下，傳播進(jìn)入到光纖的光 的耦合也具有與上述關(guān)于泵浦光傳送系統(tǒng)的相同的問(wèn)題。
[0011] 因此，在接收通過(guò)自由空間傳播的MM光線的被動(dòng)MM光纖中，存在減小或最小化外 圍HOM和包層HOM的激發(fā)的改進(jìn)的方法的需求。
[0012] 還存在對(duì)執(zhí)行改進(jìn)的方法的光學(xué)系統(tǒng)的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 本公開(kāi)的光學(xué)系統(tǒng)滿足了上述的需求。具體地，所述系統(tǒng)構(gòu)造有發(fā)光的光源，所述 光進(jìn)一步經(jīng)由自由空間傳播并且入射在聚焦光學(xué)部件上。被聚焦的光進(jìn)一步入射在與上述 部件對(duì)準(zhǔn)的光纖上，并且被聚焦的光包括相對(duì)于部件的光學(xué)軸線以相應(yīng)的角度延伸的小數(shù) 值孔徑光線和高數(shù)值孔徑光線。
[0014] 在下文公開(kāi)的是一個(gè)改進(jìn)的方法，該方法通過(guò)從入射到光纖上的光中過(guò)濾掉高數(shù) 值孔徑的雜散光線而減小較高階模式和包層模式的激發(fā)。
[0015] 通過(guò)將光纖尖端設(shè)置在套管通道中而實(shí)現(xiàn)上述的目的，其中光纖的上游端向內(nèi)與 通道的開(kāi)口邊緣間隔一定距離。入射有會(huì)聚的高數(shù)值孔徑光線的通道端部被涂覆有一層高 反射涂層材料，例如，電介質(zhì)材料或金屬材料，該材料反射入射在其上的高數(shù)值孔徑光線并 因此防止這些光線耦合到光纖的芯部。
[0016] 在光線耦合交會(huì)位置處，光纖的用于光線進(jìn)入的光纖琢面與套管通道的開(kāi)口端之 間的距離可理解為由如下的公式確定：D=t/tan(arcsin(NA/n))，其中D是光纖琢面從開(kāi) 口邊緣進(jìn)入到套管通道的深度，t是光纖的包層區(qū)域的厚度，NA是期望的數(shù)值孔徑，n是光 線行進(jìn)到光纖入口琢面而經(jīng)過(guò)的介質(zhì)的反射率。
[0017] 利用該簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)改進(jìn)，可消除對(duì)安裝和對(duì)準(zhǔn)孔闌的需求，這不僅增加了激光二 極管泵浦系統(tǒng)的可靠性并且也降低了制造激光二極管泵浦系統(tǒng)的總成本。
[0018] 結(jié)合附圖在閱讀以下的說(shuō)明的基礎(chǔ)上，本發(fā)明的上述和其他方面、特征和優(yōu)點(diǎn)將 變得顯而易見(jiàn)，其中，類似的附圖標(biāo)記表示相同的元件。
【附圖說(shuō)明】
[0019] 圖1示意地圖示了光纖光學(xué)器件中的高功率激光二極管泵浦模塊中的總體激光 耦合過(guò)程。
[0020] 圖2是激光光纖光學(xué)器件中的激光耦合用以減少進(jìn)入光纖中的雜散光線的傳統(tǒng) 機(jī)構(gòu)的截面示意圖。
[0021] 圖3是根據(jù)本申請(qǐng)的用于光纖光學(xué)器件中的激光二極管泵浦模塊的改進(jìn)激光耦 合機(jī)構(gòu)的截面示意圖。
[0022] 圖4是根據(jù)本申請(qǐng)的在示例改進(jìn)的高功率激光二極管泵浦模塊中的激光耦合過(guò) 程的交會(huì)結(jié)構(gòu)的分解圖。
[0023] 圖5是圖3和圖4的激光耦合機(jī)構(gòu)的一個(gè)實(shí)施方式的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 以下將對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)地說(shuō)明。只要有可能