用以于泵浦激光阵列中结合光源的方法与设备技术

一种用于提供具有第一波长λ1的泵浦光（50）至激光（32）的设备，该激光（32）发出第二波长λ2，该设备含有波长为λ1的第一及第二激光（12a，b），所述激光将光沿着朝第一方向的第一及第二轴线（A，B）导引。该第一及第二轴线定义第一平面P1。为形成具有波长λ1的合成光束（50），滤光设备（40）在第一表面（36）上具有第一滤光片（F1），该第一滤光片（F1）对于该第一及第二轴线（A，B）成一斜角，且该第一滤光片（F1）透射λ1及反射λ2。第二滤光片（F2）位在平行于该第一表面（36）的第二表面（54）上，该第二滤光片（F2）反射λ1及透射λ2。第三滤光片（F3）形成于该第一表面（36）上而与该第一滤光片（F1）共面，该第三滤光片（F3）反射λ1及透射λ2。该滤光设备（40）重新校准该第一及第二轴线（A，B）为沿着第二平面P2，该第二平面P2正交于P1且平行于该第一方向，该滤光设备（40）防止来自泵浦激光（32）的反馈光到达第一及第二激光（12a，b）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用以于泵浦激光阵列中结合光源的方法与设备相关申请案的交叉引用本专利技术主张申请于2011年5月31日的美国申请案第13/118，939号的优先权权益，该申请案的揭示内容为本案的根据，在此通过引用的方式而整体并入本文。
本专利技术概略地关于用于结合来自多个来源的光的光学设备，且更特定言之，关于用于激光光源的空间结合的设备及方法，该空间结合具有一定程度的免受干扰，例如免于泵浦激光的干扰。
技术介绍
有许多应用用于结合激光及其他固态光源。一般而言，当一应用需要比单一激光源所能提供的还要多的能量时，常见的解决方式是结合具有相同波长的二个及二个以上的激光。由于额外的激光位于一实体上相异的位置，将激光输出光束结合并堆迭(stack)在一起就变得必要，以尽可能减少在合并输出光束中的“废置空间”(dead space)。当以此种方式结合激光时，经常需要尽可能使合并光源小一点(也就是为了有最小的集光率(etendue))，使得合并光束的能量可确实且有效率地集中并转移到另一光学系统。如果激光发出偏振光，一般的结合解决方案是利用偏振光学兀件及表面的偏振结合(polarization combining)。若波长差及偏振状态都不能被运用以合并激光，则必须使用空间结合。空间结合必需定位激光源并以一种紧凑、精确的配置重新导向光纤，使得合并光束可尽可能紧密结合在一起，以提供光源能量而又尽可能维持低集光率。多个来源的空间结合特别有益的其一应用是在用于光纤激光的泵浦激发(pumpexcitation)中。在光纤激光中，有效的增益介质是掺杂合适的稀土元素的光纤。泵浦能量可从数种类型的来源提供，例如使用一组光纤稱合(fiber-coupled)于增益介质的多个激光二极管。通过使用多个泵浦源，就可将更大光能导引至增益介质。运用多个激光源还允许各个泵浦激光以一较低功率层级运作而得到一既定放大器增益，由此延长泵浦激光的寿命及放大器的可靠性。这样还在该些泵浦激光其中一个故障时，提供某些冗余度。由于泵浦能量需要单一波长，所以个别来源必须相当匹配，使得激光二极管成为一个实用的选择。然而，激光二极管不提供截面为圆形的光束，亦即，围着一中心轴线具有高度对称的能量分布。相反的，输出光的长宽比极不对称，在垂直方向具有明显不同的发散角，以致产生的输出光束的长度(被认为是沿着“慢”轴)可为其宽度(被认为是沿着“快”轴)的数倍。此种不对称的特性，使得需要尽可能紧密堆迭这些成份输出光束，以形成具有更接近对称的长宽比的合成光束。作为一限制因素，用于接受该泵浦能量的该输入光纤具有相对较小的数值孔径(numerical aperture, N.A.),该数值孔径限制该输入合成光束的角范围(angular extent),且使得需要尽可能减少成份光束之间的废置空间。在已经实施或提出结合激光源作为泵浦激光使用的解决方案中，其一方案为具有垂直交错的激光二极管及相应的反射镜的模组化泵浦模组。图1A及图1B分别显示此类型的典型泵浦模组10的俯视图及侧视图。以此种作法，三个激光12a、12b及12c的各者，透过对应柱状透镜14a、14b及14c，将光束分别导引至反射镜16a、16b及16c。滤光片30提供免于反馈光(feedback light) FB的一个保护措施,之后会更详细说明。合成光束28接着由透镜18聚焦进入光纤20，以用作泵浦能源。在各个激光12a、12b及12c的末端上还有一额外透镜，在这些附图中并未显示。如图1B的侧视图所示(图1B中的垂直距离经刻意夸大以清楚显示)，该些激光12a、12b及12c及其相应的柱状透镜14a、14b及14c，以及反射镜16a、16b及16c为垂直交错。此类反射组件配置让成份输出光束之间几乎没有容许空间(tolerance)。例如，来自激光12a的光被反射镜16b的顶端所切割。同样地，来自激光12b的光被反射镜16c的顶端所切割。图1A的嵌图W显示如何由来自激光12a的输出光束22a、来自激光12b的输出光束22b及来自激光12c的输出光束22c，形成合成光束28。在该些输出光束之间必然有一些废置空间24，因为需要有容许空间以由该些折迭反射镜16b及16c使这些光束通过。在此参考图1A及图1B所介绍的解决方案已被证明有效，但是仍有改善空间。制造上的容忍度有限，几乎没有生产变化空间。各组件必须精确地校准，使得光正确地自反射镜16a、16b及16c重新导向。由于各激光反射自不同反射镜，在操作期间反射镜16a、16b及16c之间的温度变化负面地影响该系统的校准。由于实际的理由，显然此类型的解决方案只允许合并有限数量(三个或三个以下)的激光。该合成输出光束的长宽比由结合系统的设计所固定。其他所提出用于光束成形及结合的解决方案，诸如运用有角光管或运用结合反射镜的各种配置，这些解决方案欠缺所需要的条件且定出其他限制，例如限制能被合并的激光的数目及配置，或固定所产生光束的长宽比。这些用于合并个别光束以用于激光泵浦的光的常规解决方案，没有解决由该光纤激光本身所产生的反馈光所造成的可能伤害的问题。在该激光中以高能量产生的激光的光的波长不同于该泵浦激光波长。甚至若此光纤激光的光的一小部分找到回到这些泵浦激光的路，对于这些泵浦激光的伤害也可能发生。为弥补该问题，泵浦激光二极管模组的制造商经常在该泵浦模组的输出端增加一或更多个滤光片，以减弱任何来自该光纤激光的反馈。出于此目的，图1A显示沿合成光束28的路径所提供的滤光片30，来减弱并阻挡反馈光FB。然而，此解决方案增加了泵浦光模组设计的成本及组件。一般而言，滤光片越能有效减弱非所欲波长且透射所欲波长，则滤光片越为复杂且高成本。在透射与反射之间具有特别急剧转折的滤光片，也能在非所欲波长上展现更多明显的“振铃”(ringing)或纹波(ripple)。此外,滤光片的效能随时间的衰减,诸如由于高能量层级集中于滤光片表面的小区域，使得此解决方案在某些应用上较不令人满意，且导致组件寿命缩短。因此，能看出需要一种用于空间上合并光源的方法及设备，而该方法及设备适合使用可变数量的激光二极管或其他激光源，并有助于解决减少或消除来自光纤激光或其他泵浦激光源的反馈光的问题。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是增进激光光束组合的技术。以此目的为依归，本专利技术案提供一种用于提供具有第一波长λ I的泵浦光至激光的设备，该激光发出第二波长λ 2，该设备包含:具有该第一波长λ I的第一激光，该第一激光可通电以将光沿着朝第一方向的第一轴线导引；具有该第一波长λ I的第二激光，该第二激光可通电以将光沿着平行于该第一轴线的第二轴线导引，其中该第一及第二轴线定义第一平面Pl ；及滤光设备，该滤光设备经配置以形成具有该第一波长λ I的合成光束，该滤光设备形成于透明体上，该透明体配置在该经导引光的路径中，且该滤光设备包含:(i)第一滤光片,该第一滤光片形成于该滤光设备的第一表面上,该第一表面经配置与该第一及第二轴线成一斜角，且该第一滤光片透射λ I并反射入2 ；(ii)第二滤光片，该第二滤光片形成于该滤光设备的第二表面上，该第二表面平行于该第一表面，其中该第二滤光片反射λ I并透射λ 2 ；(iii)第三滤光片，该第三滤光片形成于该滤光设备的该第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用以提供具有第一波长λ1的泵浦光至激光的设备，该激光发出第二波长λ2，该设备包含：具有该第一波长λ1的第一激光，该第一激光可通电以将光沿着朝第一方向的第一轴线导引；具有该第一波长λ1的第二激光，该第二激光可通电以将光沿着平行于该第一轴线的第二轴线导引，其中该第一及第二轴线定义第一平面P1；及滤光设备，该滤光设备经配置以形成具有该第一波长λ1的合成光束，该滤光设备形成于透明体上，该透明体配置在该经导引光的路径中，且该滤光设备包含：(i)第一滤光片，该第一滤光片形成于该滤光设备的第一表面上，该第一表面经配置与该第一及第二轴线成一斜角，且该第一滤光片透射λ1并反射λ2；(ii)第二滤光片，该第二滤光片形成于该滤光设备的第二表面上，该第二表面平行于该第一表面，其中该第二滤光片反射λ1并透射λ2；(iii)第三滤光片，该第三滤光片形成于该滤光设备的该第一表面上而与该第一滤光片共面，且其中该第三滤光片反射λ1并透射λ2；其中该滤光设备沿第二平面P2重新校准该第一及第二轴线，该第二平面P2正交于P1且平行于该第一方向。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.05.31 US 13/118,9391.一种用以提供具有第一波长λ I的泵浦光至激光的设备，该激光发出第二波长λ 2，该设备包含:具有该第一波长λ I的第一激光，该第一激光可通电以将光沿着朝第一方向的第一轴线导引；具有该第一波长λ I的第二激光，该第二激光可通电以将光沿着平行于该第一轴线的第二轴线导引，其中该第一及第二轴线定义第一平面Pl ；及滤光设备，该滤光设备经配置以形成具有该第一波长λ I的合成光束，该滤光设备形成于透明体上，该透明体配置在该经导引光的路径中，且该滤光设备包含:(i)第一滤光片，该第一滤光片形成于该滤光设备的第一表面上，该第一表面经配置与该第一及第二轴线成一斜角，且该第一滤光片透射λ I并反射入2 ；(?)第二滤光片，该第二滤光片形成于该滤光设备的第二表面上，该第二表面平行于该第一表面，其中该第二滤光片反射λ I并透射入2 ；(iii)第三滤光片，该第三滤光片形成于该滤光设备的该第一表面上而与该第一滤光片共面，且其中该第三滤光片反射λ I并透射λ 2 ；其中该滤光设备沿第二平面Ρ2重新校准该第一及第二轴线，该第二平面Ρ2正交于Pl且平行于该第一方向。2.如权利要求1所述的设备，进一步包含第四滤光片，该第四滤光片形成于该滤光设备的该第二表面上，且该第四 滤光片透射λ I并反射入2。3.如权利要求1所述的设备，其中该滤光设备的该第一及第二表面实质上平行。4.如权利要求1所述的设备，其中该滤光设备进一步具有一倾斜轴，该倾斜轴平行于该第一平面Ρ1，且其中绕着该倾斜轴的旋转调整了在该第二平面Ρ2中该经重新校准的第一及第二轴线之间的距离。5.如权利要求1所述的设备，其中所述滤光片的至少一者是二向色滤光片。6.如权利要求1所述的设备，进一步包含具有该第一波长λI的第三激光，该第三激光可通电以将光沿着平行于该第一轴线的第三轴线导引，且其中该第二滤光片进一步反射来自该第一及第二激光的光，以将该来自该第一及第二激光的光校准于来自该经折射重新导引的第三轴线的光。7.如权利要求1所述的设备，进一步包含一或更多个吸收器，所述吸收器经配置于紧靠该第一表面、该第二表面或两者。8.如权利要求1或7所述的设备，进一步包含透镜，该透镜朝光纤导引该合成光束。9.如权利要求1或7或8所述的设备，其中该第一及第二波长之差大于约50nm。10.如权利要求1或9所述的设备，其中该第一滤光片是短波长穿透滤光片，而该第二及第三滤光片是长波长穿透滤光片。11.一种用于提供具有第一波长λ I的泵浦光至激光的设备，该激光发出第二波长λ 2，该设备包含:具有该第一波长λ I的第一激光，该第一激光可通电以将光沿着朝第一方向的第一轴线导引；具有该第一波长λ I的第二激光，该第二激光可通电以将光沿着平行于该第一轴线的第二轴线导引，其中该第一及第二轴线定义第一平面Pl ；及滤光设备，该滤光设备经配置以形成具有该第一波长λ I的合成光束，该滤光设备形成于透明体上，该透明体配置在该经导引光的路径中，且该滤光设备包含:(i)第一短波长穿透滤光片，该第一短波长穿透滤光片形成于该滤光设备的第一表面上，该第一表面经配置与该第一及第二轴线成一斜角，且该第一短波长穿透滤光片透射入I并反射入2 ；(?)第一长波长穿透滤光片，该第一长波长穿透滤光片形成于该滤光设备的第二表面上，该第二表面平行于该第一表面，其中该第一长波长穿透滤光片反射λ I并透射λ2 ;(iii)第二长波长穿透滤光片，该第二长波长穿透滤光片形成于该滤光设备的该第一表面上，且其中该第二长波长穿透滤光片反射λ I并透射λ 2 ；其中该滤光设备沿第二平面Ρ2重新校准该第一及第二轴线，该第二平面Ρ2正交于Pl且平行于该第一方向。12.一种用于提供具有第一波长λ I的泵浦光至激光的设备，该激光发出第二波长λ 2，该设备包含:具有该第一波长λ I的第一激光，该第一激光可通电以将光沿着朝第一方向的第一轴线导引；具有该第一波长λ I的第二激光，该第二激光可通电以将光沿着平行于该第一轴线的第二轴线导引，其中该第一及第二轴线定义第一平面Pl ;及滤光设备，该滤光设备经配置以形成具有该第一波长λ I的合成光束，该滤光设备形成于透明体上，该透明体配置在该经导引光的路径中，且该滤光设备包含:(i)第一滤光片Fl,该第一滤光片形成于该滤光设备的第一表面上,该第一表面经配置与该第一及第二轴线成一斜角，且该第一滤光片透射λ I并反射入2 ；(?)第二滤...

【专利技术属性】
技术研发人员：维克拉马·巴提亚，乔舒亚·M·科布，
申请(专利权)人：康宁公司，
类型：
国别省市：