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980纳米的大功率单模光纤泵浦激光器系统技术方案

技术编号:15399513 阅读:235 留言:0更新日期:2017-05-23 12:08
大功率泵浦超亮低噪声源配置有在约900和940nm波长范围内的波长λp上输出MM平滑的低噪声信号光的多模(“MM”)种子源、操作用于将波长λsp上的多个大功率(“HP”)半导体激光二极管的发射转换为所需波长λp上的泵浦输出的MM Yb光纤波长转换器。掺Yb MM波长转换器配置有与低噪声信号光相比基本上相同或者更低的噪声级别、基本上等于nxB的亮度(“B”)以及基本上等于nPd的输出功率(“Po”),其中n是HP半导体激光二极管的个数,而B是每一个HP激光二极管的亮度,其中Pd是每一个HP激光二极管的功率,n是HP激光二极管的个数。

980 nm high power single-mode fiber pumped laser system

Multimode high power pumped super bright low noise low noise signal light source configuration in about 900 and 940nm in the wavelength range of wavelength lambda P on the output of MM smoothing (\MM\) of seed sources, operation for a number of large power wavelength on the sp (\HP\) semiconductor laser diode emission. For the MM Yb optical wavelength converter to output wavelength of pump on the P. Yb doped MM wavelength converter configuration and low noise signal noise level, compared to basically the same or lower brightness basically equal to nxB (\B\) and is equal to the output power of nPd basically (\Po\), where n is the number of HP semiconductor laser diode, and B is the brightness of each a HP laser diode, where Pd is the power of a single HP laser diode, n is the number of HP laser diode.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】980纳米的大功率单模光纤泵浦激光器系统
本公开涉及一种在约975nm处具有吸收峰的单模(“SM”)大功率光纤激光器和放大器。具体地,本公开涉及在976nm波长范围(通常称为980nm波长范围)内输出大功率超亮SM泵浦光的光纤泵浦单元。
技术介绍
包括镱(“Yb”)、铒(“Er”)和其他稀土离子掺杂光纤的光纤激光器系统是高效率、高成本效益、紧凑且坚固的光产生和光放大器件。其中,主要由于Yb和Er光纤激光器系统的极佳的效率和长期稳定性,Yb和Er光纤激光器系统统治了工业光纤激光器市场。多种工业应用对于在976nm范围发光的泵浦源特别感兴趣,所述工业应用包括但不限于根据光纤纤芯的掺杂剂成分而在约974-976nm处具有峰值吸收的大功率Yb和Er光纤器件的泵浦。光纤器件在所需波长处的效率随着较高的泵浦光吸收和较高的反转粒子数而得到改善。对于具有多于一个光谱增益区域的Yb光纤激光器件,吸收特别重要。吸收级别越高,掺杂光纤的总长度变得越短,进而导致越高的非线性阈值。非线性阈值是限制影响光纤激光器和放大器的功率缩放比率的有害非线性效应的关键因素。因此,在尽可能靠近约975nm处的峰值吸收的波长上泵浦掺Yb光纤可以提供较短的光纤长度,并且因此提供较高的非线性阈值。在约975nm处发光的现有泵浦源可以分为两组:SM光源和MM光源。SM光源通常包括在低功率下发射高质量光束的激光二极管,而MM光源(也包括激光二极管)可以产生高功率但是低亮度(因此低质量)的光束。输入光的劣等亮度实质上使其吸收恶化。因此,在约976nm处的高效Yb光纤激光器件要求在约976nm波长处的高亮度泵浦光。在PCT/2011/…中公开了能够在约976nm处发射高亮度光的高效率泵浦源。所公开的泵浦源包括:泵浦种子信号光、在975nm波长附近发射非常亮的泵浦光的多模(“MM”)光纤转换器、以及接收泵浦光且适合于在1015nm范围内的较长波长处发射大功率高亮度SM光的单模(“SM”)Yb光纤激光器。上述系统的使用可以发现甚至不包括所需的976nm范围内的SMYB激光器的一些应用,但是在这种情况下,辐射将是多模的。多模辐射会影响在约976nm处的输出光束的亮度和质量。因此需要一种在约976nm范围内具有大功率超高亮度SM输出的泵浦源。还需要一种大功率光纤激光器系统,所述大功率光纤激光器系统利用在约976nm处发射超亮大功率SM泵浦光的泵浦源。
技术实现思路
通过用于掺杂有Yb和/或Er稀土离子、并且在976nm范围内具有峰值吸收的光纤激光器和放大器的泵浦源来满足这些需求。所公开的泵浦源配置为输出kW功率级别的具有有限衍射的超亮光束,并且包括子泵浦单元和在约976nm处发射大功率超亮泵浦光的SMYb光纤激光器。根据本专利技术的一个方面,子泵浦单元配置为产生高亮度子泵浦光,所述高亮度子泵浦光耦合至SMYb光纤激光器。所述单元具有:多个MM激光二极管,所述MM激光二极管输出相对较短波长的子泵浦光;以及从子泵浦光波长到较长波长的已放大和转换后的子泵浦输出的MM掺Nd光纤波长转换器。所述多个MM子泵浦激光二极管的使用对于转换器输出处的大功率级别有贡献。所述转换器(其是光纤放大器)不但对来自泵浦种子源的泵浦信号光进行放大,而且由于大功率子泵浦光,也实质上增加了泵浦信号光的亮度。根据本公开的另一个方面,泵浦源的SMYb激光器配置为由于掺Yb有源光纤的几何形状而有效地吸收子泵浦光,所述掺Yb有源光纤提供在纤芯和包层直径之间的高比率,从而允许有效地吸收高亮度子泵浦光。作为其结果,SMYb光纤激光器的输出(其是在所需976nm范围内的泵浦输出)甚至比子泵浦光的输出更亮。附图说明根据伴随附图的以下特定描述,所公开的器件的上述和其他方面、特征和优势将变得更加清楚明白,其中:图1说明了具有所公开的在976nm范围中的波长处输出大功率超亮SM的泵浦源的大功率光纤激光器系统。图2说明了图1的泵浦源的MMNd波长转换器的可能结构之一。图3和图4分别说明了沿图2的I-I线得到的Nd波长转换器的初始结构和最终结构的相应截面。图5说明了图1中所示的泵浦源的SMYb光纤激光器的可能实施例之一。图6和图7说明了利用图1-5的泵浦源的大功率光纤激光器系统的相应结构。具体实施方式现在将详细参考本专利技术的若干实施例,其范例在附图中进行了说明。在可能的情况下,在附图和描述中使用相同或类似的附图标记来指代相同或类似的部件或步骤。附图是简化形式的并且不是按精确比例绘制的。参考图1,泵浦源10配置有在900-940nm范围内发射种子信号的泵浦种子源或者多个种子源12,其中约915-920nm的波长是优选的。种子信号被进一步耦合到包括MM波长转换器14的子泵浦单元中,所述MM波长转换器是光纤放大器,所述光纤放大器配置有掺NdMM光纤并且适合于将子泵浦激光二极管在800-810nm上的发射转换为在约915-920nm上的子泵浦发射。配置有谐振腔(其被限定于光纤光栅FG之间)并且接收转换和放大后的子泵浦发射的SMYb光纤完成了泵浦源10的配置。如下面所公开的,泵浦源10可操作为在976nm范围内的波长上发射超亮大功率SM泵浦光,所述超亮大功率SM泵浦光进一步耦合到光纤放大器或放大器20,所述光纤放大器或放大器20在约976nm处具有峰值吸收并且掺杂有Yb、Er或Yb/Er离子。泵浦种子源12配置有在所需波长上(例如在约920nm上)发射子泵浦信号光的一个或组合在一起的多个MM带尾纤激光二极管。如激光器
的普通技术人员所知晓的,激光二极管输出相对少尖峰的(即平滑的)且低噪声的信号。典型地,以均方根(r.m.s.)为单位测量的噪声级别约在0.1r.m.s,而子泵浦信号光的数值孔径(“NA”)的范围通常在约0.1到0.13之间。信号光的输出功率可以在几十至几百瓦特之间变化。尽管种子12的半导体结构由于其相对平滑的输出而是优选的,但是可替代地,其也可以具有光纤结构。信号光进一步耦合到无源MM光纤22中,无源MM光纤22将信号光沿光路进一步导引至MMNd波长转换器,在MMNd波长转换器中信号被放大并且信号的亮度增加至少10倍。如下所述,波长转换器14的光纤(诸如MM掺Nd光纤)的使用增大了光亮度。亮度B可以确定为:B~P/BPP,(1)其中P是输出功率,而BPP是射束参数乘积,其被确定为射束发散半角和射束半径之乘积。BPP越小,射束质量越高,亮度越大。因此,具有有限衍射的高斯射束具有最小BPP。BPP对应于1/2DcxNA,其中Dc是纤芯半径而NA是数值孔径。因此,增大纤芯直径Dc并且降低NA将增强BPP并且增大亮度B。因此,控制光纤制造,光纤可以具有较低的NA和较低的掺杂浓度,出于下面讨论的原因这是有利的。Nd的特征在于:在各自信号以及与相应的900nm和1060nm范围对应的寄生波长上的放大。另外,在1060nm范围中的寄生波长上的增益和在900nm范围中的信号波长上的期望增益值与掺Nd光纤的总长度和有源离子浓度的乘积成正比。典型地,随着光纤长度和离子浓度的增加,寄生范围中的增益增加,其对工作波长范围中的增益造成不利影响。因此,使用较大的光纤长度和/或较高的Nd离子浓度不可避免地导致在约1060nm范围内的放大大本文档来自技高网
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980纳米的大功率单模光纤泵浦激光器系统

【技术保护点】
一种大功率超亮泵浦源HPUBPS,包括:至少一个种子源,其产生在第一波长上的低噪声信号光;子泵浦单元,其配置为接收和放大所述信号光,并且具有:多个子泵浦多模MM激光二极管,其组合在一起,以发射在小于所述第一波长的第二波长上的子泵浦光,以及Nd MM波长光纤放大器,其操作为将所述子泵浦光的所述第二波长转换为所述信号光的所述第一波长,所述MM光纤放大器配置为发射具有以下特征的放大的信号光:与所述低噪声信号光的噪声级别相等的噪声级别,等于nB的亮度,其中n是子泵浦激光二极管的个数,而B是每一个子泵浦激光二极管的亮度,以及等于nPd的输出功率,其中Pd是每一个子泵浦激光二极管的功率,而n是子泵浦激光二极管的个数;以及单模SMYb光纤振荡器,其接收所述放大的信号光,并且在976nm附近的第三波长上具有峰值发射。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.12.19 US 61/577,3391.一种大功率超亮泵浦源HPUBPS,包括:至少一个种子源,其产生在第一波长上的低噪声信号光;子泵浦单元,其配置为接收和放大所述信号光,并且具有:多个子泵浦多模MM激光二极管,其组合在一起,以发射在小于所述第一波长的第二波长上的子泵浦光,以及NdMM波长光纤放大器,其操作为将所述子泵浦光的所述第二波长转换为所述信号光的所述第一波长,所述MM光纤放大器配置为发射具有以下特征的放大的信号光:与所述低噪声信号光的噪声级别相等的噪声级别,等于nB的亮度,其中n是子泵浦激光二极管的个数,而B是每一个子泵浦激光二极管的亮度,以及等于nPd的输出功率,其中Pd是每一个子泵浦激光二极管的功率,而n是子泵浦激光二极管的个数;以及单模SMYb光纤振荡器,其接收所述放大的信号光,并且在976nm附近的第三波长上具有峰值发射。2.根据权利要求1所述的HPUBPS,其中所述信号光的所述第一波长在900-940nm的波长范围内变化,并且所述子泵浦光的所述第二波长在800-810nm的波长范围内。3.根据权利要求1所述的HPUBPS,其中所述子泵浦激光二极管端面泵浦所述NdMM波长光纤放大器。4.根据权利要求1所述的HPUBPS,其中所述子泵浦激光二极管侧面泵浦所述NdMM波长光纤放大器。5.根据权利要求1所述的HPUBPS,其中所述波长放大器配置为使得放大的低噪声泵浦输出具有至多0.1%均方根r.m.s.的r.m.s.值。6.根据权利要求1所述的HPUBPS,其中所述种子源具有从包括一个或多个组合的MM带尾纤激光二极管和一个或多个光纤种子源的组中选择的配置。7.根据权利要求1所述的HPUBPS,其中所述MMNd光纤放大器配置有具有同心的纤芯和至少一个包层的掺Nd光纤,其中所述纤芯和包层配置有相应的均匀横截面。8.根据权利要求1所述的HPUBPS,其中所述MMNd光纤放大器配置有纤芯和围绕所述纤芯的至少一个包层,所述纤芯和包层均具有双瓶颈形状横截面。9.根据权利要求1所述的HPUBPS,其中所述MMNd光纤放大器配置有纤芯和围绕所述纤芯的至少一个包层,所述纤芯具有双瓶颈形状横截面,并且所述至少一个包层具有均匀尺寸的横截面。10.根据权利要求1所述的HPUBPS,其中所述Nd波长光纤放大器配置有范围在0.05和0.13之间的数值孔径,而MM种子源的数值孔径在0.1和0.13之间变化。11.根据权利要求1所述的HPUBPS,还包括波长选择器,所述波长选择器位于所述Nd波长光纤放大器和所述SMYb光纤振荡器之间,并且耦合到所述Nd波长光纤放大器和所述SMYb光纤振荡器,所述波长选择器对于所述放大的信号光的所述第一波长是透明的,但是阻止与所述第一波长不同的寄生波长的光。12.一种大功率超亮单模光纤激光器系统HPUBSMFLS,包括:多个子泵浦激光二极管,其发射在第一波长上的子泵浦光,多模MMNd光纤波长放大器,其接收所述子泵浦光,并且操作为发射在比所述第一波长长的第二波长上的泵浦信号光,以及单模SMYb光纤振荡器,其接收所述第二波长上的放大的泵浦信号光,并且操作为吸收所述第二波长上的泵浦光并且发射比所述第二波长长的976nm附近的第三波长上的泵浦光;以及光纤激光器件,其接收泵浦光,并且配置有在所述第三波长处的吸收峰,并且操作为发射单模的系统光。13.根据权利要求12所述的HPUBSMFLS,其中所述光纤激光器件包括掺杂有从由Yb、Er及其组合组成的组中选择的稀土离子的有源光纤。14.根据权利要求12所述的HPUBSMFLS,其中所述光纤激光器件包括光纤放大器或光纤振荡器。15.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员:瓦伦丁·盖庞特瑟夫伊格尔·山马尔特瑟夫
申请(专利权)人:IPG光子公司
类型:发明
国别省市:美国,US

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