[发明专利]波长在2μm范围内工作的高功率单模光纤激光器系统

说明书

技术领域

本公开涉及高功率光纤激光器。具体地，本公开涉及在大约2μm范围内工作的高功率单模光纤激光器系统。

背景技术

基于铥(“Tm”)的光纤激光器满足日益增长的对于光谱范围在2000nm周围的高功率、紧凑、高效、波长可选择单模CW和脉冲源的工业、医疗和研发市场需求。这些激光器提供优于传统大体积Ho:YAG激光器的许多优点，这是因为它们维护成本低、尺寸小、高效率以及便于操作。

随着不断增长的高功率和新选择，Tm激光器为实验室、医疗和工业市场提供了理想的解决方案，该方案结合了在衍射受限光束情况下的独特插座效率(wall-plug efficiency，电光转换效率)、即可投入使用的无维护操作、单模光纤传输、尺寸紧凑和气冷简化。这些激光器系统已经得到现场测试并且使用在多种工业、研发、医疗和航空应用中。然而，Tm激光器可能并不总是按需以高功率运行。除此之外，现有的Tm激光器的紧凑性或者甚至缺乏紧凑性通常是受到关注的原因。

图1示出了一种已知的单模(SM)基于Tm的高功率光纤激光器系统10，包括组合用于定义组合器12的多个SM掺铒(Er)光纤激光器。组合器12因此配置有可以向SM Tm激光器16传输泵浦光的输出光纤14。组合在一起的SM Er光纤激光器的数目并非不受限制。SM Er激光器的数目增多导致较复杂且较不紧凑的系统。

因此，需要一种以高功率有效且高效工作的包括掺Tm光纤激光器的高功率光纤激光器。

另外，需要一种包括基于Tm的光纤激光器并具有紧凑结构的高功率光纤激光器系统。

发明内容

这些需要通过所公开的光纤激光器系统得到满足。具体地，该系统配置有多模(MM)掺铒(“Er”)或掺镱(Yb)／铒的双瓶颈形光纤放大器，该放大器辐射出耦合到Th光纤激光器中的泵浦光。

附图说明

根据以下结合附图进行的描述，所公开系统的以上和其他特征和优点将变得容易理解，在附图中：

图1示出了已知的基于Tm的高功率光纤激光器系统的一般光学示意图。

图2示出了所公开系统的一般光学示意图。

图3图示了根据本公开的Tm光纤激光器的结构。

图4图示了所公开系统的波导。

图5示出了在所公开的光纤激光器系统中使用的MM掺Er放大器的配置。

图6示出了图5的放大器的双瓶颈形有源光纤。

图7示出了图1的系统和本公开的系统的比较效率。

图8示出了所公开系统的输出的稳定性。

具体实施方式

现在详细参照所公开的系统。附图是简化形式，并且没有按照精确的比例。词语“耦合”以及类似术语不一定表示直接连接和紧邻连接，而是还可以包括通过中间元件或设备进行连接。

图2示出了所公开的光纤激光器系统25包括泵浦源，该泵浦源配置有单模(“SM”)基于Er的激光器16，SM基于Er的激光器16耦合至多模(“MM”)Er光纤放大器20。尽管示出了仅一个Er放大器20，但是本公开的范围包括使用多个这种光纤放大器，这些光纤放大器各自的输出被光学组合。一个或多个Er MM放大器20辐射出耦合到Tm激光器22中的泵浦光，Tm激光器22以大约2μm波长发射输出光。可以看出，系统25非常紧凑。

使用双包层Tm光纤22具有一系列优点。例如，可以将高功率密度泵浦光耦合到光纤激光器22的波导外包层中。此外，Tm光纤激光器22的相对低的包层／纤芯比(cladding／core ratio)提供了增益介质对泵浦光的有效吸收。此外，Tm光纤激光器22可以具有相对短的光纤长度，这使得非线性效应的阈值增大。优选地，Tm激光器22基于SM有源光纤；然而，可以在本公开范围内实施MM掺Tm光纤。

图3示出了分别对于系统25中基于Er的振荡器18和基于Tm的振荡器22而言公共的配置，这将仅参照Tm激光器22来进一步讨论。通常，振荡器各自具有由谐振腔表征的法布里-珀罗结构，该谐振腔限定在诸如反射镜或光纤布拉格光栅等波长选择性部件32之间。有源光纤34的相对两端分别直接接合到输入和输出SM无源光纤36和38的相应端部。激光器的上述配置分别在美国专利No.5,422,897和No.5,774,484中更详细地公开，这些美国专利与本公开为共同所有，并且通过引用全部合并于此。