[发明专利]在约974nm-1030nm波长范围内具有高亮度低噪声输出的高功率光纤泵浦源

说明书

本发明的背景技术

技术领域

本公开涉及光纤泵浦源，所述光纤泵浦源配置有发射平滑低信号光的MM种子源，所述MM种子源耦合至Yb多模MM波长转换器，所述Yb MM波长转换器将半导体激光二极管发射的光转换为在从约974nm至约1030nm波段内放大的超亮度且低噪声的泵浦输出。

已知技术

包括镱掺杂增益光纤的光纤激光器是高效率、低沉本、紧凑且结实的发光和光放大装置。基于镱的光纤激光器统治了工业光纤激光器市场，主要是由于其卓越的效率和长期稳定性。

依赖于向芯区材料添加的掺杂剂，镱掺杂介质中的最高吸收峰出现在约974nm-976nm。因此，在尽可能接近峰值吸收波长(例如975nm)的波长处泵浦镱掺杂介质相对于其他泵浦波长具有两个明显的优势：镱光纤增益模块的短光纤波长和高效率。前者特别重要，因为泵浦的Yb增益模块的短光纤长度是限制影响功率缩放的不利非线性效应的关键。因此，非线性效应和下面解释的其他缺陷可能妨碍具有高光束质量的高功率Yb光纤激光器结构的功率缩放，例如高亮度。

为了成功地克服这些缺陷的至少一个，需要将用于HP Yb增益模块的泵浦源配置为发射在峰值吸收波长处不但具有最高可能泵浦功率、而且具有最高亮度和功率密度、以及最低可能噪声级别的泵浦光。

对于泵浦功率增加的可变解决方案可以是波束组合的原理，其实质上意味着将MM组合器中的多个激光二极管的输出进行组合以便获得直接耦合到泵浦Yb增益模块的单一输出束。将基于这种原理的泵浦源进一步称作MM组合器泵浦源。尽管MM泵浦源输出的功率可以非常高，亮度和功率密度以及噪声级别通常都不会显著改善，如果不是根本没改善的话。

为了改进泵浦光的亮度，应该通过增加泵浦光的MM辐射中每个模式的能量来降低泵浦光的发散性和／或应该降低光束尺寸。然而，MM组合器泵浦源中的多个激光二极管的亮度是守恒的，不会得到改善，因为不存在由半导体激光器发射的泵浦光的进一步放大。

在没有不良后果的情况下，对于增加MM组合器泵浦输出的功率所必须的增加激光二极管的个数不会有效。将组合器的输出导引至增益模块的传输光纤的芯区直径应该随着增加的功率而扩大，否则将泵浦光耦合到传输光纤中禁止地引起高功率损耗。一旦增加芯区直径，即使对于较大的泵浦功率，功率密度保持与增加功率之前实质上相同。这导致了最多在泵浦的Yb增益光纤(也称作增益模块)中相同的泵浦吸收(即泵浦光与有源芯区的重叠)保持实质上相同。无需减小Yb掺杂有源光纤的长度，不会增加限制增益和光束质量的非线性效应的阈值。

基于上述内容，MM组合的泵浦源提供高和极高泵浦光功率。然而，泵浦光的亮度和功率密度不是增加的泵浦光功率的受益者。因此，需要输出在974-1030nm范围内具有高亮度和高功率密度的高功率光的改进光纤泵浦源，以便在Yb增益模块中提供进一步的功率缩放和光束质量。

替代地，总是存在配置包括高功率多模光纤激光器的泵浦源的概率，所述高功率多模光纤激光器将能够在所需的波长处产生高功率泵浦光。然而，因为几个出射模式彼此干扰，在谐振器中产生的不想要的功率峰值(所谓的斑纹效应)可能大到足以损坏激光器。但是，即使不会损坏激光器，其输出波动，并且具有明显不希望的较高噪声。

因此，需要提供一种在974nm-1030nm范围内输出稳定的高功率超亮泵浦光的光纤泵浦源，具体地在975nm的波长。

另外需要一种高功率泵浦源，所述高功率泵浦源操作用于在974nm-1030nm的范围内输出与已知MM组合的泵浦源相比具有相当大改进的亮度的高功率稳定泵浦光。

还需要提供一种输出974-1030nm范围内的泵浦光的高功率超亮光纤泵浦源，其特征在于：

泵浦传输光纤中的功率密度比大多数大功率的MM组合器泵浦源中可用的当前可用功率密度高至少10倍；以及

泵浦光功率级别超过当前可用的功率级别。

仍然需要一种高功率光纤泵浦源，具有：多模式种子源，输出平滑的低噪声信号光；以及Yb掺杂波长转换器，所述Yb掺杂波长转换器配置为对信号光进行放大，以便输出噪声级别不会超过光信号并且亮度极大地超过光信号亮度的泵浦光。

还需要一种高功率超亮泵浦源，配置有种子源和波长转换器，所述波长转换器操作用于将在波长λ_sp处的多个高功率半导体副泵浦激光二极管的发射转换为在波长λ_p处的泵浦信号，使得△λ=λ_p-λ_sp<0／1λ_sp。