用于提供光学辐射的装置制造方法及图纸

用于提供光学辐射(15)的装置，该装置包括光学输入端(13)、耦合器(2)、第一半导体放大器(3)、控制器(4)、前置放大器(61)、功率放大器(62)和输出光纤(5)，其中：光学输入端(13)用于接收输入光学辐射(14)；光学输入端(13)串联连接到耦合器(12)、第一半导体放大器(3)、前置放大器(61)、功率放大器(62)以及输出光纤(5)；该装置的特征在于：第一半导体放大器(3)包括具有低反射刻面(8)的波导(6)；第一半导体放大器(3)为双通配置，使得低反射刻面(8)经由耦合器(2)连接到光学输入端(13)和前置放大器(61)两者；且控制器(4)被配置为使第一半导体放大器(3)的波导(6)在饱和状态下操作，由此使第一半导体放大器(3)能够减少前置放大器(61)、功率放大器(62)和输出光纤(5)中的非线性效应。

A device used to provide optical radiation

A device for providing optical radiation (15) includes an optical input (13), a coupler (2), a first semiconductor amplifier (3), a controller (4), a preamplifier (61), a power amplifier (62) and an output optical fiber (5), wherein the optical input (13) is used to receive the input optical radiation (14); the optical input end (13) is connected in series to the coupler (12), the first semiconductor amplifier (3), and the front end (5) The device is characterized in that: the first semiconductor amplifier (3) includes a waveguide (6) with a low reflection facet (8); the first semiconductor amplifier (3) is in a dual pass configuration such that the low reflection facet (8) is connected to both the optical input (13) and the preamplifier (61) via a coupler (2); and the controller (4) is configured to make the first semiconducting The waveguide (6) of the bulk amplifier (3) operates in a saturated state, thereby enabling the first semiconductor amplifier (3) to reduce nonlinear effects in the preamplifier (61), the power amplifier (62) and the output fiber (5).

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于提供光学辐射的装置专利
本专利技术涉及用于提供光学辐射的装置。本专利技术特别适用于连续波和脉冲激光器(包括半导体二极管激光器和光纤激光器)，以及适用于利用此类激光器来进行打标、切割、雕绘和焊接。本专利技术还适用于用来处理高反射性材料(诸如铜和钻石)以及用于增材制造的激光器。专利技术背景诸如光纤激光器、盘式激光器等工业激光器在材料的打标、切割、雕绘、焊接、增材制造以及其他工业加工中有着重要的应用。激光器用于许多行业，包括消费电子、医疗设备、汽车和航空航天。激光可以是脉冲波或连续波。可达到的典型脉冲长度范围从几皮秒到纳秒、微秒和毫秒。脉冲重复率是电子控制的，并且可在较宽范围上变化。随着功率电平和强度的增加，与非线性效应(例如，光谱噪声、时间噪声、散斑、光学辐射的非线性波长转换以及自Q开关(selfQ-switching))相关联的问题也随之增加。这些非线性效应在要求工艺可重复性的工业加工系统中是不合需的。例如，波长转换在光学聚焦系统中引起错误，并且可降低能够被传递到材料的光学功率，而自Q开关可损坏激光系统中的光学放大器和光纤。一种部分解决方案是在主振荡器功率放大器中使用超辐射发光二极管作为种子激光器，以增加光学辐射的带宽，并从而减少非线性效应的发生。这种方案允许提高功率电平。然而，随着功率电平进一步提高，功率放大器可能遭受非线性效应。此外，超辐射发光二极管可能开始发射相干激光辐射，也就是说，超辐射发光二极管可能开始激射(lase)。这进一步加剧了功率放大器中和光纤传输系统中的非线性效应，并且可能导致功率放大器和光纤传输系统的灾难性故障。空间不稳定性是不合需的，因为它们影响光学辐射的光束指向稳定性，这在工业加工应用中是不利的。这对多模功率放大器和多模光束传输光纤来说特别成问题。由于上述非线性效应，随着功率电平增加，这个问题变得更加突出。此外，种子激光器的光谱和时间噪声可能加剧这些非线性效应。存在对用于提供避免或减少上述问题的光学辐射的装置的需要。本专利技术根据本专利技术的一非限制性实施例，提供了用于提供光学辐射的装置，所述装置包括光学输入端、耦合器、第一半导体放大器、控制器、前置放大器、功率放大器和输出光纤，其中：·所述光学输入端用于接收输入光学辐射；·所述光学输入端串联连接到所述耦合器、所述第一半导体放大器、所述前置放大器、所述功率放大器以及所述输出光纤；所述装置的特征在于：·所述第一半导体放大器包括具有低反射刻面(facet)的波导；·所述第一半导体放大器处于双通配置，使得所述低反射刻面经由所述耦合器连接到所述光学输入端和所述前置放大器两者；·所述控制器被配置为使所述第一半导体放大器的所述波导在饱和状态下操作，由此使所述第一半导体放大器能够减少所述前置放大器、所述功率放大器和所述输出光纤中的非线性效应。非线性效应的示例包括光谱噪声、时间噪声、斑点、光学辐射的非线性波长转换和自Q开关。第一半导体放大器可由在没有输入光学辐射的情况下的光学激射阈值限定。控制器可被配置为在输入光学辐射存在时，使得第一半导体放大器的波导发射具有比光学激射阈值更大的输出功率的输出信号。优选地，控制器可被配置为在输入光学辐射存在时，使得第一半导体放大器的波导发射具有比光学激射阈值大两倍的输出功率的输出信号。更优选地，控制器可被配置为在输入光学辐射存在时，使得第一半导体放大器的波导发射具有比光学激射阈值大三倍的输出功率的输出信号。控制器和第一半导体放大器可以使得第一半导体放大器在没有输入光学辐射的情况下激射，且输入光学辐射的存在阻止第一半导体放大器激射。第一半导体放大器在超过其光学激射阈值的功率电平上操作的能力允许显著增加脉冲和连续波激光系统的可实现输出功率，而不导致由非线性效应引起的限制，诸如举例而言受激布里渊散射、受激拉曼散射和四波混合。第一半导体放大器在饱和状态下操作时，可以改善输入光学辐射中存在的信噪比。此外，第一半导体放大器还复制输入光学辐射的光谱特性。减小进入到功率放大器中的光学辐射的噪声幅度减小非线性效应(诸如受激拉曼散射)的量。因此，它允许在非线性效应成为问题之前，将更大的信号输入到功率放大器中。因此，对于光纤激光系统来说，它的加入允许增加放大率，而不需要附加的光纤放大级。出人意料的是，在通常会导致其不稳定或激射的强度水平上操作第一半导体放大器是可能的。这是通过从光源光学地注入光学辐射，然后光学辐射被第一半导体放大器以双通配置放大，并随后经由输出光纤输出来实现的。输入光学辐射的功率被选择为使得第一半导体放大器不激射。输入光学辐射的功率优选地大于使第一半导体放大器在光学激射阈值处激射的反射功率。控制器可被配置为控制第一半导体放大器的光学增益，使得在没有输入光学辐射的情况下降低光学增益，由此防止第一半导体放大器激射。有利地，通过降低进入第一半导体放大器的驱动电流来降低光学增益可被用于防止在输入光学辐射不存在时激光系统的灾难性故障。该装置可包括用于提供输入光学辐射的光源。该光源可被连接到该光学输入端。光源可被选择为使输入光学辐射的功率大于当输入光学辐射不存在时导致第一半导体放大器激射的从该装置的反射的功率。一种特别有吸引力的布置是该光源为超辐射发光二极管。该光源担当种子激光器，其提供光学辐射的预定光谱含量，且第一半导体放大器提供放大。结果是一种可担当高功率工业脉冲激光器中的种子激光器的宽带光源，从而减少了非线性效应，并且由此可以用更少的放大级实现高得多的输出功率。这提供了输出功率、成本、功耗和简单性方面的优势。波导可以是弯曲波导。这允许在该装置发射的光学辐射中获得更高的功率。该装置可包括在耦合器和第一前置放大器之间的可饱和吸收器，以便减少光学辐射的脉冲之间的噪声。该装置可包括第二半导体放大器，该第二半导体放大器被配置为在第一半导体放大器放大之前接收输入光学辐射。该第二半导体放大器可以在其激射阈值之下以连续波操作来操作。这可以防止在输入光学辐射因任何原因被打断时功率放大器的灾难性故障。输入光学辐射可包括具有脉冲重复频率的脉冲序列，且控制器可以使第一半导体放大器向下选择脉冲重复频率。该装置可包括锁模激光器，以提供脉冲序列。该装置可包括功分器，以将脉冲序列引导至多个放大器链。每个放大器链可包括第一半导体放大器。输入光学辐射可由随机光纤激光器提供。随机光纤激光器可提供具有比传统光纤激光器更高信噪比的输出。当与通过在饱和状态下操作第一半导体放大器可获得的信噪比改善相结合时，这就造成了新一类的光纤激光器，此新一类的光纤激光器可在非线性效应(诸如受激拉曼散射)成为问题前实现更高的功率。该装置可包括共振腔，共振腔包括非线性晶体，其中输出光纤被连接到共振腔的输入端，共振腔被连接到光学输入端，该装置是环形激光器的形式。共振腔通过高度依赖于输出辐射的瞬时光功率和瞬时波长的非线性光学效应操作。在饱和状态下操作第一半导体放大器减小输出辐射的光谱噪声、时间噪声和非线性波长转换，这因此带来本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于提供光学辐射的装置，所述装置包括光学输入端、耦合器、第一半导体放大器、控制器、前置放大器、功率放大器和输出光纤，其中：/n·所述光学输入端用于接收输入光学辐射；/n·所述光学输入端串联连接到所述耦合器、所述第一半导体放大器、所述前置放大器、所述功率放大器以及所述输出光纤；/n所述装置的特征在于：/n·所述第一半导体放大器包括具有低反射刻面的波导；/n·所述第一半导体放大器为双通配置，使得所述低反射刻面经由所述耦合器连接到所述光学输入端和所述前置放大器两者；/n·所述控制器被配置为使所述第一半导体放大器的所述波导在饱和状态下操作，由此使所述第一半导体放大器能够减少所述前置放大器、所述功率放大器和所述输出光纤中的非线性效应。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171124 GB 1719629.61.一种用于提供光学辐射的装置，所述装置包括光学输入端、耦合器、第一半导体放大器、控制器、前置放大器、功率放大器和输出光纤，其中：
·所述光学输入端用于接收输入光学辐射；
·所述光学输入端串联连接到所述耦合器、所述第一半导体放大器、所述前置放大器、所述功率放大器以及所述输出光纤；
所述装置的特征在于：
·所述第一半导体放大器包括具有低反射刻面的波导；
·所述第一半导体放大器为双通配置，使得所述低反射刻面经由所述耦合器连接到所述光学输入端和所述前置放大器两者；
·所述控制器被配置为使所述第一半导体放大器的所述波导在饱和状态下操作，由此使所述第一半导体放大器能够减少所述前置放大器、所述功率放大器和所述输出光纤中的非线性效应。


2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一半导体放大器由在没有所述输入光学辐射的情况下的光学激射阈值限定，并且所述控制器被配置为在所述输入光学辐射存在时使所述第一半导体放大器的所述波导发射具有大于所述光学激射阈值的输出功率的输出信号。


3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述控制器可被配置为在所述输入光学辐射存在时使所述第一半导体放大器的所述波导发射具有比所述光学激射阈值的两倍更大的输出功率的输出信号。


4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述控制器可被配置为在所述输入光学辐射存在时使所述第一半导体放大器的所述波导发射具有比所述光学激射阈值的三倍更大的输出功率的输出信号。


5.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述控制器和所述第一半导体放大器使得所述第一半导体放大器在没有所述输入光学辐射的情况下激射，且所述输入光学辐射的存在阻止所述第一半导体放大器激射。


6.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述控制器被配置为控制所述第一半导体放大器的光学增益，以便在没有所述输入光学辐射的情况下降低所述光学增益，由此防止所述第一半导体放大器激射。


7.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，包括光源，所述光源用于提供所述输入光学辐射，并且所述光源被选择为使所述输入光学辐射具有大于当输入光学辐射不存在时导致所述第一半导体放大器激射的从所述装置的反射的功率的功率。


8.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述波导是弯曲波导，由此允许在所述光学辐射中获得更高的功率。


9.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，包括在所述耦合器和所述第一前置放大器之间的可饱和吸收器，以便减少所述光学辐射的脉冲之间的噪声。


10.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，包括第二半导体放大器，所述第二半导体放大器被配置为在所述第一半导体放大器放大之前接收所述输入光学辐射。


11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述第二半导体放大器在其激射阈值以下以连续波操作来操作。


12.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，包括功分器，以将所述输入光学辐射引导至多个放大器链。


13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，每个放大器链包括所述第一半导体放大器。


14.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述输入光学辐射包括具有脉冲重复频率的脉冲序列，并且所述控制器使所述第一半导体放大器向下选择所述脉冲重复频率。


15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，包括锁模激光器以提供所述脉冲序列。


16.根据权利要求1至13中任一项所述的装置，其特征在于，所述输入光学辐射是由随机光纤激光器提供的。


17.根据权利要求1至13中任一项所述的装置，其特征在于，包括共振腔，所述共振腔包括非线性晶体，其中所述输出光纤被连接到所述共振腔的输入端，且所述共振腔被连接到所述光学输入端，所述装置是环形激光器的形式。


18.根据权利要求1至15中任一项所述的装置，其特征在于，所述输入光学辐射是由半导体二极管提供的。


19.根据权利要求18所述的装置，其特征在于，所述半导体二极管是超辐射发光二极管。


20.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·埃尔米达，C·A·科德麦德，M·K·杜尔金，
申请(专利权)人：司浦爱激光技术英国有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB