用于提供光辐射的设备制造技术

一种用于提供光辐射（３８１）的设备（３８０），该设备包括：种子激光器（３８２），其用于提供播种辐射（３８７）；至少一个放大器（３８３），其用于对所述播种辐射（３８７）进行放大；以及反射器（３８４），其中，所述种子激光器（３８２）是法布里珀罗半导体激光器，所述种子激光器（３８２）经由所述反射器（３８４）而连接到所述放大器（３８３），所述反射器（３８４）被布置成将由所述种子激光器（３８２）所发出的所述播种辐射（３８７）的某一比率的播种辐射（３８８）反射回到所述种子激光器（３８２）中，并且所述放大器（３８３）包括光纤（１），该光纤（１）包括折射率为ｎ１的芯（３）和折射率为ｎ２的基座（４），并且其中，所述光纤（１）包括包围所述基座（４）的由折射率为ｎ３的玻璃制成的第一包层（５），其中，ｎ１大于ｎ２，且ｎ２大于ｎ３。

【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提供光辐射的设备。该设备可以形成用于材 料加工的i殳备的基础。
技术介绍
脉冲光纤激光器越来越多地被采用作为许多工业应用(例如，显微机械加工、钻孔和打标(marking))中所选择的激光器。在受峰 值功率驱动的应用(例如，打标)中，为了实现较快的字符打标及产量的增加，以高重复频率保持高峰值功率(超过2.5kW至5kW)是必要的。传统的单级调Q激光器在存储能量方面非常有效。然而，它们 由可变平均功率来表征，并且实际的峰值功率随重复频率的增加而下 降。在大多数情况下，峰值功率可以下降到加工(例如，打标)阈值 以下，对速度和产量造成不利影响。另一方面，主振功率放大器 (MOPA )结构可以对脉冲激光器的脉冲特性和功率性能提供更多的 可控性，并将打标单元的操作空间延伸到较高的重复频率从而提供增 加的打标速度。需要以超过200 kHz的重复频率将峰值功率保持在5 kW以上的水平的脉冲激光器。平均功率应当超过10W,脉冲能量在 0.1 mJ至0.5 mJ的范围中或更高，脉冲持续时间在IO ns与200 ns 之间变化，而脉冲功率应当以10 kHz至大于200 kHz的范围中的重 复频率在约5 kW或10 kW的水平保持大致恒定。附加要求是良好的 光束质量(例如，可以由低模或单模光纤激光器来提供的光束质量)。在这些强度和峰值功率水平，需要特别关注脉沖系统，以避免发 生光学非线性以及光学损伤。另外，在所得到的高增益、高反转操作 条件下，有源光纤不应当遭受光暗化效应，因为这将导致脉冲系统效6率降低且寿命缩短。已经提出了许多不同的脉沖光纤激光器结构，以单独的方式使用它们或者将其作为主振功率放大器(MOPA)结构的一部分来使用。 特别是，调Q光纤激光器由于其可以以相对简单且稳定的结构来产生 高峰值功率和几mJ的脉冲能量而特别引人注目。要以多种多样的方 式在工业应用中使用以增加应用空间的独立的调Q激光器的主要缺 点之一在于，所有感兴趣的参数(例如，脉冲重复频率(PRR)、能 量、峰值功率和脉冲宽度)是相互关联的而不能单独地控制。具体地 说，峰值功率随脉沖重复频率的增加而减小。通过使用多级放大MOPA结构，可以解决许多这些性能问题， 并且可以在高PRR状况下延伸所需的高峰值功率性能。在这种情况下，脉冲种子可以是低功率调Q激光器或直接调制 的半导体激光器。后者可以直接受到控制并在定义脉冲形状和PRR 时提供多得多的自由度，并且，其提供了随意改变它们以更好地满足 应用需要的可能性。另外，其基于针对电信产业而发展了多年的充分 发展且极可靠的半导体技术。通过控制沿放大链的增益分布来精确地 定义放大的脉冲序列的不同的参数。在朝向放大器的输出端的脉沖到达之前，光纤放大器中的局部反 转显著增加。在使用倾向于该性能劣化效应的光纤的情况下，在定义 光暗化速率时反转分布的知识是非常重要的。在脉冲传播时，它耗尽 反转并增大其强度。放大处理还导致严重的脉冲整形和前端锐化。这 在定义脉冲宽度和峰值功率时极其重要，并且作为结果，限定了诸如 受激拉曼散射(SRS)和受激布里渊散射(SBS)的各种非线性的发 生。在特定能级以上，所有的脉沖显著地整形(锐化)并减小了它们 的脉冲宽度。这是由于脉冲获取了足以使放大器开始饱和的能量的事 实。已知在这种情况下主要通过脉沖的前沿来提取能量，导致了脉冲 整形和畸变。峰值功率随脉冲能量而非线性地增加，并且不可避免地 超过取决于光纤设计和脉冲形状的SRS阈值(通常为5 kW至10 kW 左右)。限制脉冲光纤激光器的输出功率的另一重要效应是巨脉冲的形 成。这可以灾难性地损坏系统中的光学元件。该效应被认为高度地取 决于激光器的峰值功率和光镨性质，并被认为由受激布里渊散射(SBS)引起。当达到非线性阈值时，向前行进的脉冲被反射。观察 到巨脉冲，并且这些可以灾难性地损坏脉冲激光器系统中的放大器(及其他器件)。不幸的是，该效应本质上是随机的，并且本身完全 不可预知。种子激光器(例如，激光二极管)的瞬时光讲性质的使线 宽变窄的单个变化可以导致SBS事件，并触发巨脉冲形成以及随后的 灾难性损坏。已在将激光器安装在工业加工装备中之后的数月中观察 到这种损坏。光纤激光器通常由激光二极管来泵浦。从激光器向这些激光二极 管传播的非期望的光辐射可以损坏这些二极管。该效应在脉冲激光器中尤其严重，这是因为激光二极管是被峰值功率(而不是脉冲的能量) 损坏。脉沖激光器的峰值功率比连续波激光器高得多。因此，在脉沖 激光器中将泵浦与激光器隔离开的要求比在连续波激光器中更迫切。与掺Yb3+光纤激光器和放大器的长期行为有关的一个非常重要 的问题是光暗化效应。该效应表现为光纤背景损耗随时间而逐渐增 加，这降低了光学系统的输出功率和总效率。认为这与预先存在的光 纤色心的光学活化有关，其吸收带主要在UV光谱区。然而，吸收带 的高端延伸到近IR中，对光学性能造成不利影响。光暗化导致逐渐 劣化，并且未知其导致灾难性的突然的光纤故障。光暗化速率和最终 水平取决于有源光纤反转程度，作为结果，不同的放大系统将表现出 不同的劣化。光纤的许多应用需要生成和发送以下光学信号在该光学信号的 强度下，光纤的透明度随时间而降低。该效应已知为光暗化，是光诱 发的玻璃的吸收的改变。认为吸收的增加是由于在光谱的UV和可见 部分很强地吸收光的色心的形成或活化。在语域中，光暗化表现为在约800 nm的波长以下的急剧的损耗 增加。该强吸收带的高端延伸到1微米至1.5微米区域中，并对泵浦波长和信号波长的损耗都造成不利影响。这对于在该波长区域中操作 的光纤激光器和放大器的性能和总效率具有严重的限制作用。在时域中，光暗化表现为激光器或放大器输出功率逐渐伪指数地 下降到渐近值。最终功率下降和有关的时间尺度似乎取决于光纤激光 器或放大器操作条件，最显著的是泵浦能级和平均反转能级，以及操 作温度。输出功率下降可以通过提供附加泵浦源和/或增加驱动泵浦电 流来补偿。两种措施都是非常不理想，这是因为前者导致单元成本增 加，而后者导致泵浦单元老化加速以及灾难性故障的可能性增加。光纤激光器和放大器通常包括可以经由多光子作用而导致光暗化的稀土掺杂剂。至少在掺杂有Tm"、 Yb3+、 Ce3+、 Pr"和Eu"的二 氧化硅玻璃中看到该效应。当在工业材料加工中使用光纤时，光暗化是成问题的。光暗化可 以使光纤中用于将激光辐射从激光器(例如，倍频棒状激光器、三倍 频棒状激光器、盘形激光器、以及光纤激光器)传送到工件的传输劣 化。它还会严重地限制光纤激光器中可以生成的或者光放大器可以放 大的光功率的量。用于减小玻璃中的光暗化的传统方法是使用氢氧基(OH)含量 高的二氧化硅(所谓的"湿二氧化硅，，)。其可以装载氘并由紫外(UV ) 光来照射。然而，这些方法并非很好地适合于光纤激光器，这是因为 OH将增加光纤的背景损耗。需要在宽的重复频率范围上保持其峰值功率并且其中非线性效 应受到控制的脉冲激光器。需要抗泵浦损坏的光纤激光器。需要抗来自巨脉冲形成的灾难性损坏的光纤激光器。 需要抗光暗化的光纤。相关地需要抗光暗化的光纤激光器和放大器。光暗化是指任何光诱发的玻璃中的传输的减小，无论是暂时性的还是永久性的专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于提供光辐射的设备，该设备包括：种子激光器，其用于提供播种辐射；至少一个放大器，其用于对所述播种辐射进行放大；以及反射器，其中，　所述种子激光器是法布里珀罗半导体激光器，　所述种子激光器经由所述反射器而连接到所述放大器，所述反射器被布置成将由所述种子激光器所发出的所述播种辐射中的某一比率的播种辐射反射回到所述种子激光器中，并且，　所述放大器包括光纤，该光纤包括折射率为ｎ１的芯和折射率为ｎ２的基座，并且其中，所述光纤包括包围所述基座的由折射率为ｎ３的玻璃制成的第一包层，其中，　ｎ１大于ｎ２，　ｎ２大于ｎ３。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：MK德金，F吉林盖利，AM吉洛利，LMB赫基，SR诺曼，DN佩恩，A派柏，JK撒胡，MN泽尔维斯，
申请(专利权)人：SPI激光器英国有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]