[发明专利]超大功率单模光纤激光系统

权利要求书

1.一种超大功率单模“SM”光纤激光系统，包括：

单片光纤-光纤棒放大器，包括细长型输入光纤部和输出光纤棒状部，所述放大器被构造为在放大器的相对末端之间具有纤芯和围绕纤芯的包层，所述纤芯包括：

柔性的尺寸均匀的输入纤芯区域，沿着输入光纤部的长度延伸并配置为沿着传播方向对SM进行波导导引；以及

直线形输出纤芯区域，沿着光纤棒状部的长度从输入纤芯区域向纤芯的输出端扩展，所述纤芯的输出端能够支持基模和高阶模，基模“FM”的模场面积与纤芯的横截面的中心区域相重叠，光纤棒状部配置为长度在约10cm和约30cm之间，且数值孔径至少约0.1；以及

超大功率多模泵浦源，可操作用于沿反向传播方向发射数值孔径小于纤芯的数值孔径并被耦接到输出纤芯端的泵浦光，泵浦光的功率密度远大于使与FM不重叠的纤芯区域褪色所需的密度，其中放大器发射SM的输出，所述输出的平均输出功率超过约5kW，或峰值功率达到MW级。

2.根据权利要求1所述的超大功率单模“SM”光纤激光系统，还包括与放大器的输出端相拼接并具有圆柱形横截面或大体锥形横截面的无芯型二氧化硅玻璃棒。

3.根据权利要求1所述的超大功率单模“SM”光纤激光系统，其中所述输出纤芯区域配置为具有截锥形的模式转变部分。

4.根据权利要求3所述的超大功率单模“SM”光纤激光系统，其中所述输出纤芯区域还具有圆柱形的部分，从截锥形的部分延伸并包括输出纤芯端。

5.根据权利要求1所述的超大功率单模“SM”光纤激光系统，其中所述泵浦光源配置有：

至少一个泵浦种子源，产生波长为λ_p的低噪声泵浦光信号；

多个大功率“HP”半导体激光二极管，组合在一起以便辐射子泵浦波长为λ_sp的子泵浦辐射；以及

掺杂Yb的多模“MM”光纤波长变换器，将子泵浦波长为λsp的子泵浦辐射变换为波长为λ_p的泵浦信号，其中由波长变换器发射的泵浦信号具有：

与低噪声信号光的噪声等级实质上相同的噪声等级，

与n*B实质上相同的亮度“B”，其中n是HP半导体激光二极管的数量，以及B是每个HP激光二极管的亮度；以及

与n*P_d实质上相同的输出功率“P_o”，其中P_d是每个HP激光二极管的功率，以及n是HP激光二极管的数目。

6.根据权利要求1所述的超大功率单模“SM”光纤激光系统，还包括：

种子，发射被耦合到输入纤芯区域中的SM的信号光，

WDM，位于所述种子和输入纤芯端之间，以及

附加泵浦源，发射被耦合到WDM的MM泵浦光，其中WDM配置为组合所述被耦合到输入纤芯端的信号光和附加泵浦光。

7.根据权利要求6所述的超大功率单模“SM”光纤激光系统，还包括：附加泵浦源，可操作用于对输入端区域进行双向侧面泵浦。

8.根据权利要求6所述的超大功率单模“SM”光纤激光系统，其中所述种子发射波长在约960nm和约2μm之间改变的信号光。

9.根据权利要求1所述的超大功率单模“SM”光纤激光系统，其中FM沿着纤芯的整个长度至少与纤芯的横截面的0.65²相重叠。

10.根据权利要求1所述的超大功率单模“SM”光纤激光系统，其中所述放大器包括保偏有源磷酸盐光纤，掺杂有光发射体，所掺杂的光发射体的浓度在约1000ppm到约5000ppm之间改变。