[发明专利]光纤激光器用的激发单元

说明书

技术领域

本发明涉及一种光纤激光器用的激发单元。

背景技术

光纤激光器是一种特定形式的固态激光器。简单而言，光纤激光器、更准确地的是光纤激光器的谐振器由玻璃纤维构成，该玻璃纤维具有掺杂的芯和包层。玻璃纤维的掺杂的芯由此形成激活介质（active medium）。如此便是具有光波导特性的固态激光器。由于光纤激光器的较大长度（高纵横比），泵浦光通过泵浦光学器给送到光纤激光器的谐振器，该泵浦光激发激活介质。

光纤激光器被光学地泵浦：例如来自二极管激光器的射线通常同轴地耦合入光纤芯、包层或光纤芯自身中。双包层光纤允许实现较高的功率；泵浦光束从两个包层的最内侧到达激活芯。在大多数情况下，在泵浦处理期间，组合多个二极管激光器的功率。在本技术领域内，这种装置被成为“组合件”。组合件是如下泵浦模块：其中，若干光纤被拼接成激发光纤，二极管激光器的光透过各若干光纤。

用于实现泵浦模块的另一可能方案由如下配置组成：多个激光二极管被配置成使得它们的输出光束彼此平行并且位于同一平面内。这种相邻配置的激光二极管形成所谓的激光棒。如果若干激光棒以一个在另一个上方的方式堆叠，则这形成激光堆叠体。

光纤激光器实质上例如由一个以上的泵浦激光二极管、输入耦合光学器（光纤耦合二极管激光器，与包层分离或拼接到包层）和谐振器构成。在该说明书中所用的术语“激发单元”包括一个以上的泵浦光源（例如组合件形式的激光二极管或上述激光棒）和为了将泵浦光耦合到激活光纤中所必需的光学机械部件。

谐振器可构造成不同的方式：在一种方式中，由两个附加反射镜（mirror）构成，附加反射镜例如可以是两个镜像的光纤端面；在另一种方式中，在反射器中和/或输出耦合区中的透镜和通常激光反射镜的配置也是可以的。一般，还设置布拉格光栅（还，FBGs=光纤布拉格光栅），其借助于紫外线照射（例如借助248nm的受激准分子激光器）刻在波导中。这导致光纤芯内的具有高低折射率的区域的折射率的横向差异，具有高低折射率的区域根据周期长度而反射特定波长的射线。这样的优点在于，在单一模或单模光纤中的这些光栅上不发生附加的耦合损失，布拉格光栅仅选择性地反射所期望的波长。这使得激光器的极其窄的带操作成为可能。大于20μm的多模光纤导致包含较宽的射线带宽的多模。可以借助于外部反射镜减小波长范围。

在从激活光纤射出之后，激光束进入传输光纤或进入包含这种光纤的光纤光缆。由于实质上没有耦合损失，所以该过程高效地进行。射线例如经由光纤光缆进入到激光材料处理机的聚焦光学器。

光纤激光器还包括电源、用于冷却泵浦激光二极管的装置以及其它散热装置。

有时，高性能光纤激光器还具有小光纤激光器或高效激光二极管，高性能光纤激光器被称为种子激光器且用于生成下游光纤放大器（光学泵浦激活光纤）用的输入功率。将激光器分成种子激光器和后放大器具有能够更好地控制激光活性的优点。这适用于波长稳定性、光束品质和功率稳定性或脉冲性。通常，在种子激光器和光纤放大器之间存在光学隔离件。

根据光纤芯的直径，从芯发射的激光束（例如na=0.06）例如具有大约5°-10°（na-0.05-0.1）的总角度。光束品质高；对于激光器制造者和工业领域，光束模通常优选为TEM00模，即所谓的单一模或单模，这是因为其具有用于焊接、切割、钻孔等良好的特性。

DE2646692A1示出具有闪烁灯形式的激发光源5、6的液体激光器，激发光源5、6均被收容在椭圆形腔中。在两个椭圆形腔之间，存在两个聚焦透镜15、16，将光学谐振器4保持在这两个聚焦透镜15、16之间。谐振器4借助于激发光源进行泵浦，即泵浦光从位于激发腔内的激发光源延伸到谐振器。

DE19833166A1公开了一种用于激光激活光纤的泵浦光输入配置。在该文献的图1a和图1b中示出了这种激光激活光纤：其被螺旋地收纳在管状容积内，激光二极管13将泵浦光垂直地投射到光纤上，光纤是具有鞘的完整光纤的形式。在这种情况下，由于激光激活光纤存在鞘，所以光耦合入的效率可能极其低。激光二极管和光纤之间没有聚焦透镜。

DE3943722C2示出一种传统的将泵浦光耦合入激光介质2的耦合方法。借助于示例，在图1a-图1c的示出的示例中，泵浦光42从激光二极管41被引到激光介质2的表面上。激光二极管与激光介质垂直地取向，光引导装置总是以使泵浦光与激光介质成锐角地进入激光介质的方式延伸。发生耦合入的位置通常被称为拼接点（splice point）。

发明内容