[发明专利]大功率金属包层模式吸收器

说明书

技术领域

本公开涉及大功率光纤激光器系统。具体地，本公开涉及包层模式剥离器/吸收器，其操作为俘获和去除无源光纤中不需要的包层导引光。

背景技术

大功率单模光纤激光器系统(“HPSMFLS”)典型地配置有一个或多个放大级联装置，每一个放大级联装置包括通过多模(MM)泵浦光侧面泵浦或者端面泵浦的有源双包层光纤。沿光波导包层传播的泵浦光沿有源光纤的长度通常不会被完全吸收、并且最终耦合到SM无源光纤的包层中。此外，接头处的功耗也对于沿聚合物保护护套下面的波导包层传播的多模光负责。除此之外，来自将要激光处理的表面的背反射光也可以耦合到包层中。甚至在10-12dB之间变化的中等泵浦光吸收率下，包层引导光可以在最终放大级容易地达到300-600W。由于以下原因包层导引光是不需要的。

典型地，HPSMFLS的SM无源光纤被柔性聚合物保护护套包围，所述柔性聚合物保护护套具有比包层区域的折射率低的折射率。在光纤弯曲或拼接连接处，可能会妨碍包层区域的全反射，导致包层导引光逃逸到保护护套中。因此，可能会使保护护套过热或者损坏。另外，在包层中携带的MM辐射可能会损坏光纤的端面区域，所述光纤典型地是耦接在两个增益模块之间的无源SM传输光纤或SM无源光纤，这两个增益模块之一例如沿与信号传播相反的方向进行泵浦。最后，如果包层导引的MM辐射到达传输光纤的端面，透射的光信号光束质量可能会被恶化，这可能不利地影响其他光部件和处理质量。

配置用于去除包层光并且将光能转换为热能的装置被称为包层模式吸收器(“CMA”)。典型地，CMA是沿剥离覆盖包层的保护护套的光纤的长度设置的，并且配置为具有比包层折射率高的折射率的光导聚合物化合物。聚合物化合物吸收器典型地允许去耦合具有高至约100至约400W的功率的包层光。

已知的CMA的一些结构限制包括对由光纤和CMA的不均匀热依赖膨胀/收缩引起的低机械应力阻力。典型地，机械应力导致单模(“SM”)大模式面积(“LMA”)光纤中的微小弯曲损耗和对高阶模式(“HOM”)的激励。

另外的限制与聚合物化合物的相对低的热导率相关联，导致了其较高的温度。通常认为110℃的温度是临界的，并且更高的温度导致CMA的毁坏。在向光纤激光器系统供电时发生的突然温度变化期间这种临界温度甚至可能更低。

因此，需要一种配置有CMA的HPSMFLS，所述CMA的特征在于耐高温和耐机械应力的结构。

还需要一种制造改进的CMA的方法。

发明内容

通过公开的金属光包层能量吸收器(“MLCA”)来满足这些需求，所述金属光包层能量吸收器配置为在忍受升高的温度的同时吸收光，并且提供一种耐应力结构。

本公开的一个方面涉及MLCA，与已知的基于聚合物化合物的吸收器相反，所述MLCA包括沿保护涂层的剥离区域设置的液态金属及其合金的填充物。所述填充物被选择为吸收光并且具有低熔化温度、高热导率、所需密度和对暴露的包层(石英)的良好粘附性。如下面将要公开的，所公开的吸收器可以忍受比已知的硅基吸收器高得多的输入功率。

本公开的另一方面涉及改进所公开的MLCA的应力抵抗力。具体地，具有吸收器的光纤进一步放置于热沉中，所述热沉配置为包围填充物并且粘附到填充物的套筒(sleeve)。由于高热导特性，吸收器操作为石英和金属热沉之间的有效排热介质。

附图说明

图1是配置有所公开的金属光包层吸收器(“MLCA”)的大功率单模光纤激光器系统(“HPSMFLS”)的简图。

图1A是包括主振荡器/功率放大器结构(“MOPA”)的HPSMFLS的简图，其中在所示系统的部件之间耦合的无源光纤上设置了所公开金属吸收器。

图2是配置有所公开的MLCEC的SM无源输出光纤的简图。

图3是改进的配置有所公开的MLCEC的SM输出光纤的简图。

图4是在热沉中安装的所公开MLCA的分解视图。

具体实施方式

现在将详细参考所公开的能量吸收器、合并了所述吸收器的大功率光纤激光器系统和制造吸收器的方法。在可能的情况下，在附图和描述中使用同样或类似的参考数字表示相同或类似的部件或步骤。附图是简化形式并且没有精确按比例绘制。只是为了方便和清楚的目的，可以相对于图面的平面使用方向性术语，但不应该解释为限制范围。除非另外定义，说明书和权利要求中使用的所有词语和短语具有由光纤激光器领域的普通技术人员所理解的普通和惯常意义。