一种激光设备（1），包括参考源（2）、参考光纤（3）和至少一个激光二极管（4），其中所述参考光纤（3）包括折射率为n1的纤芯（5）以及折射率为n2的第一包层（6），所述第一包层（6）被折射率为n3的第二包层（7）围绕，所述折射率n1大于所述折射率n2，所述折射率n2大于所述折射率n3，所述激光二极管（4）发射激光辐射（8），通过所述参考光纤（3）的第一包层（6）引导所述激光辐射（8），所述参考源（2）发射具有预定波长λR（10）的参考辐射（9），通过所述参考光纤（3）的纤芯（5）向所述激光二极管（4）引导参考辐射（9），其在所述预定波长λR（10）处具有功率（11），所述功率大于所述激光二极管的注入锁定阈值。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及激光设备。本专利技术能够改善包层泵浦光纤激光器的效率，由此使得它们能够消耗更少的能量，这对于环境而言更好。
技术介绍
光纤激光器在很多工业过程中，例如标记、切割、焊接和钎焊中找到了很宽商业应用。二极管泵浦的光纤激光器已经上市，其能够在接近衍射受限的射束中发射IOW到2kW的激光辐射。这些激光器基于稀土掺杂的光学纤维，其在基模发光。所述光学纤维通常基于大模式面积光纤，例如美国专利No. 6614975中所述的那些。如果使用常规单模光纤，大模式面积使得能够将输出功率水平提高到对激光器之内光学元件和光纤造成光学损伤的水平，如果使用真正的单模纤芯，这会导致非线性效应，例如受激拉曼散射和受激布里渊散射。 可以通过放松光纤激光器发射接近衍射受限光束的要求来实现输出功率的进一步提高。可以通过增大纤芯直径来设计少模(few-moded)光纤激光器(射束质量M在2到大约20的范围内)。这样能够增大输出功率，同时保持射束质量好于竞争的技术。可以通过将来自几个稀土掺杂光纤的单模或少模激光辐射组合在一起来实现功率的进一步增大。稀土掺杂的光纤激光器已经上市，可以发射高达IkW到50kW的激光辐射，射束质量优异。光纤激光器通常采用包层泵浦，其中将泵浦光耦合到光学纤维的内包层中，光学纤维包括稀土掺杂的纤芯、内包层和外包层。沿着内包层引导泵浦辐射并逐渐由纤芯吸收。包层泵浦的主要优点是，可以由低成本、高功率、多模激光二极管供应泵浦光。缺点是吸收泵浦辐射所需的光纤长度比纤芯泵浦光纤激光器长，长得倍数近似等于内包层面积与纤芯面积之比。长度的这种增加是不期望的，因为它减小了光纤激光器或放大器的效率，增大了不希望有的光学非线性效应。一般希望放大的光信号具有高的光束质量和高的峰值功率，以实现最优的材料处理能力。在光学纤维中，高光束质量给纤芯的尺度提出了一定限制，以便维持单模或少模传播。纤芯尺寸的这些限制导致放大高功率光学辐射期间纤芯之内的高光强。高光强导致不期望的光学非线性，这需要通过短光纤长度来缓解，以使交互作用长度最小化。例如，平均功率为IOW到50W的脉冲光纤激光器典型地具有超过5kW的峰值功率。减小光纤长度对于避免受激布里渊散射和受激拉曼散射而言很重要。由于关联声频声子破坏光纤纤芯，前者可能导致不希望有的脉动和灾难性故障。后者可能导致不希望有的波长偏移。在高功率连续波激光器中也发现了类似的非线性效应，其中超过100W的功率水平可能导致受激拉曼散射诱发的波长偏移。显然，在单模激光器中大约400W到2kW之间，在少模或多模激光器中，大约4kW到50kW之间，这个问题显然更重要。为了使光学纤维的长度最小化，由此使损耗和非线性效应最小化，优选使用与纤芯中活性掺杂剂的最强吸收峰值匹配良好的泵浦辐射波长。常用的稀土掺杂剂为镱，其吸收峰值处于976 土 3nm。这个吸收峰值与910和970nm之间的吸收相比，单位长度的吸收大约为两到三倍。不过，多模泵浦激光二极管在装置之间的波长重复性差(典型地，±10nm)，强烈取决于温度的波长(典型地，0. 3nm/K)、以及波长对输出功率的强烈相关性(典型地，Inm/W)。在工业激光器的典型工作温度范围内(0到60°C)，泵浦二极管发射的波长可以改变多达30nm。即使激光二极管具有温度稳定性，波长对功率的依赖(IOW的发射器为IOnm)使其难以直接泵浦镱的最强吸收峰，尤其是在脉冲应用中，其中反复打开和关闭泵浦二极管。在每次打开时泵浦二极管热稳定时，反复开关泵浦二极管导致泵浦波长变化，在泵浦二极管的平均温度热稳定时，导致泵浦波长变化。对于其他稀土掺杂剂，并且对于包含两种或更多稀土掺杂物的光纤，具有类似限制，例如铒镱光纤，最佳在976nm泵浦其且其在大约1550nm到1560nm发光。廉价而可靠地直接泵浦稀土掺杂剂的最强吸收峰很困难，这对低成本稀土掺杂光纤激光器和放大器，尤其是脉冲稀土掺杂光纤激光器和放大器的峰值功率能力带来了限制。正是出于这些原因，大多数高功率掺镱光纤激光器和放大器使用在910nm到950nm波长范围之内发射泵浦辐射的多模激光二极管，在这个波长范围 ，镱的吸收大约比976nm小两到三倍。近来稳定泵浦波长的方法包括使用体布拉格光栅为多模激光二极管提供反馈，以提供一定程度的波长锁定。体布拉格光栅价格不菲，通常用于高电流激光二极管上，这与光纤激光器中常用的单个发射激光二极管相反。在典型的温度和工作功率范围内的波长锁定性能也有问题。因此需要一种激光设备，其中可以将激光辐射与有源介质的峰值吸收匹配。对于环境(即绿色)考虑而言重要的关联需求是改善激光器和放大器的效率。另一个需求是允许增大来自光纤激光器和放大器的光功率而不会导致不希望的非线性效应。本专利技术的目的是提供减轻上述问题的激光设备。
技术实现思路
根据本专利技术的非限制性实施例，提供了一种激光设备，包括参考源、参考光纤和至少一个激光二极管，其中所述参考光纤包括折射率为Ill的纤芯以及折射率为n2的第一包层，所述第一包层被折射率为n3的第二包层围绕，所述折射率Ii1大于所述折射率n2，所述折射率n2大于所述折射率n3，所述激光二极管发射激光辐射，通过所述参考光纤的第一包层引导所述激光辐射，所述参考源发射具有预定波长的参考辐射，通过所述参考光纤的纤芯向所述激光二极管引导参考辐射，通过所述参考光纤的纤芯向所述激光二极管引导的参考辐射在所述预定波长处具有功率，所述功率大于所述激光二极管的注入锁定阈值，由此对所述激光二极管进行注入锁定。注入锁定是这样的过程，其中通过将来自第二，通常更稳定的振荡器的辐射耦合到第一振荡器中来控制第一振荡器的输出频率。通常，激光二极管的波长明确性差，波长与温度相关，在打开激光二极管时会变化。通过将来自参考源的参考辐射耦合到激光二极管中，可以对激光二极管进行注入锁定，迫使其输出波长变为基本等于参考辐射的波长。这样能够通过选择在预定波长发射的参考源来确定激光二极管的波长。还能够使激光二极管的波长稳定，因为它在打开之后不久就建立起热平衡。预定波长为用户事先选择的波长。预定波长可以是由激光二极管能够以最大效率、最低噪声、最高功率、最短长度、最低非线性相位或对用户而言重要的另一参数泵浦放大器或激光器的波长。有利地，本专利技术提供了一种对激光二极管，尤其是多模激光二极管进行快速且简单的注入锁定的模块，并在这样做的同时，在激光输出提供具有高水平输出功率(大于激光二极管发射功率的60%，优选大于大约90%，更优选地，大于95%)，通过选择参考源的预定波长界定的注入锁定波长有很宽选择。适当的预定波长包括稀土掺杂光纤激光器、棒状激光器或盘状激光器的峰值吸收波长；在光纤激光器、棒状激光器或盘状激光器中减少或优选最小化热耗散的波长；以及优化光纤激光器、棒状激光器之内效率的波长。这些特征与实现标记、切割、焊接和钎焊应用中过程控制所需的光纤激光器、棒状激光器和盘状激光器中波长锁定泵浦辐射的快速调制率一致。此外，它允许以更高的效率和更小的放大器光纤长度实现这样快速的调制率，其组合导致可从放大器光纤实现更低的非线性效应(例如自我相位调制)和/或可以从放大器和激光器实现更高的峰值功率。本专利技术解决了波长控制和多模激光器泵浦二极管可重复性差的问题，即，装置之间±10本文档来自技高网...
【技术保护点】
【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：M·K·邓金，M·P·瓦恩哈姆，M·N·泽尔瓦斯，
申请(专利权)人：SPI激光英国有限公司，
类型：发明
国别省市：
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