[发明专利]980纳米的大功率单模光纤泵浦激光器系统

说明书

技术领域

本公开涉及一种在约975nm处具有吸收峰的单模(“SM”)大功率光纤激光器和放大器。具体地，本公开涉及在976nm波长范围(通常称为980nm波长范围)内输出大功率超亮SM泵浦光的光纤泵浦单元。

背景技术

包括镱(“Yb”)、铒(“Er”)和其他稀土离子掺杂光纤的光纤激光器系统是高效率、高成本效益、紧凑且坚固的光产生和光放大器件。其中，主要由于Yb和Er光纤激光器系统的极佳的效率和长期稳定性，Yb和Er光纤激光器系统统治了工业光纤激光器市场。

多种工业应用对于在976nm范围发光的泵浦源特别感兴趣，所述工业应用包括但不限于根据光纤纤芯的掺杂剂成分而在约974-976nm处具有峰值吸收的大功率Yb和Er光纤器件的泵浦。光纤器件在所需波长处的效率随着较高的泵浦光吸收和较高的反转粒子数而得到改善。对于具有多于一个光谱增益区域的Yb光纤激光器件，吸收特别重要。吸收级别越高，掺杂光纤的总长度变得越短，进而导致越高的非线性阈值。非线性阈值是限制影响光纤激光器和放大器的功率缩放比率的有害非线性效应的关键因素。因此，在尽可能靠近约975nm处的峰值吸收的波长上泵浦掺Yb光纤可以提供较短的光纤长度，并且因此提供较高的非线性阈值。

在约975nm处发光的现有泵浦源可以分为两组：SM光源和MM光源。SM光源通常包括在低功率下发射高质量光束的激光二极管，而MM光源(也包括激光二极管)可以产生高功率但是低亮度(因此低质量)的光束。输入光的劣等亮度实质上使其吸收恶化。

因此，在约976nm处的高效Yb光纤激光器件要求在约976nm波长处的高亮度泵浦光。在PCT/2011/…中公开了能够在约976nm处发射高亮度光的高效率泵浦源。所公开的泵浦源包括：泵浦种子信号光、在975nm波长附近发射非常亮的泵浦光的多模(“MM”)光纤转换器、以及接收泵浦光且适合于在1015nm范围内的较长波长处发射大功率高亮度SM光的单模(“SM”)Yb光纤激光器。上述系统的使用可以发现甚至不包括所需的976nm范围内的SM YB激光器的一些应用，但是在这种情况下，辐射将是多模的。多模辐射会影响在约976nm处的输出光束的亮度和质量。

因此需要一种在约976nm范围内具有大功率超高亮度SM输出的泵浦源。

还需要一种大功率光纤激光器系统，所述大功率光纤激光器系统利用在约976nm处发射超亮大功率SM泵浦光的泵浦源。

发明内容

通过用于掺杂有Yb和/或Er稀土离子、并且在976nm范围内具有峰值吸收的光纤激光器和放大器的泵浦源来满足这些需求。所公开的泵浦源配置为输出kW功率级别的具有有限衍射的超亮光束，并且包括子泵浦单元和在约976nm处发射大功率超亮泵浦光的SM Yb光纤激光器。

根据本发明的一个方面，子泵浦单元配置为产生高亮度子泵浦光，所述高亮度子泵浦光耦合至SM Yb光纤激光器。所述单元具有：多个MM激光二极管，所述MM激光二极管输出相对较短波长的子泵浦光；以及从子泵浦光波长到较长波长的已放大和转换后的子泵浦输出的MM掺Nd光纤波长转换器。所述多个MM子泵浦激光二极管的使用对于转换器输出处的大功率级别有贡献。所述转换器(其是光纤放大器)不但对来自泵浦种子源的泵浦信号光进行放大，而且由于大功率子泵浦光，也实质上增加了泵浦信号光的亮度。

根据本公开的另一个方面，泵浦源的SM Yb激光器配置为由于掺Yb有源光纤的几何形状而有效地吸收子泵浦光，所述掺Yb有源光纤提供在纤芯和包层直径之间的高比率，从而允许有效地吸收高亮度子泵浦光。作为其结果，SM Yb光纤激光器的输出(其是在所需976nm范围内的泵浦输出)甚至比子泵浦光的输出更亮。

附图说明

根据伴随附图的以下特定描述，所公开的器件的上述和其他方面、特征和优势将变得更加清楚明白，其中：

图1说明了具有所公开的在976nm范围中的波长处输出大功率超亮SM的泵浦源的大功率光纤激光器系统。

图2说明了图1的泵浦源的MM Nd波长转换器的可能结构之一。

图3和图4分别说明了沿图2的I-I线得到的Nd波长转换器的初始结构和最终结构的相应截面。

图5说明了图1中所示的泵浦源的SM Yb光纤激光器的可能实施例之一。

图6和图7说明了利用图1-5的泵浦源的大功率光纤激光器系统的相应结构。

具体实施方式