[发明专利]具有非均匀配置的光纤-光纤棒多模放大器的超大功率单模光纤激光器系统有效

专利信息
申请号: 201480012436.0 申请日: 2014-03-06
公开(公告)号: CN105492943B 公开(公告)日: 2019-05-07
发明(设计)人: 瓦伦丁·P·加蓬舍夫;伊格尔·山马尔特瑟夫;迪米特里·亚戈德金 申请(专利权)人: IPG光子公司
主分类号: G02B6/02 分类号: G02B6/02;H01S3/10;H01S3/067
代理公司: 中科专利商标代理有限责任公司 11021 代理人: 王波波
地址: 美国马*** 国省代码: 美国;US
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摘要:
搜索关键词: 具有 均匀 配置 光纤 棒多模 放大器 超大 功率 单模 激光器 系统
【权利要求书】:

1.一种超大功率光纤激光器系统,包括:

基础激光控制台,包括:

单模“SM”种子源,发射SM信号;

SM无源光纤,接收SM信号光并沿传播方向导引SM信号光;

带尾纤的激光二极管泵浦源,输出泵浦光;以及

实体组件,装配用于支持包括控制和安全电子器件在内的激光器系统操作;

光学激光头,与基础激光控制台间隔开;

至少一个柔性传输线缆,在控制台和激光头之间延伸;

光纤-光纤棒增量放大器,具有穿过所述传输线缆的主要长度,并设置有直接耦接到激光头的输出端,所述增量放大器配置有全掺杂多模“MM”单片纤芯,所述MM单片纤芯至少配置有以下部件:

均匀尺寸的输入纤芯区域,与SM无源光纤的纤芯的下游端相耦接,对应输入纤芯区域和SM光纤的纤芯配置为具有基本彼此匹配的对应模场直径“MFD”;

模式变换纤芯区域,从所述输入纤芯部分扩展并配置为扩展SM的MFD,同时防止激励高阶模式;

输出放大的均匀尺寸的纤芯区域,从所述模式变换纤芯区域延伸并且直径大于输入纤芯区域的直径,其中增量光纤放大器可操作用于发射基本为SM的系统输出光,其功率在kW-MW的范围内改变;

反射镜,安装在激光头中,并与增量放大器的下游间隔开;以及

至少一个MM泵浦光传输光纤,延伸通过传输线缆,并导引泵浦光,使得将泵浦光入射在所述反射镜上,所述反射镜配置为沿反向传播方向重新引导泵浦光,以便对增量放大器的MM纤芯进行端面泵浦,

其中所述超大功率光纤激光系统还包括缓冲器,与增量放大器和泵浦光传输光纤的端接区域熔接,并被安装到激光头。

2.一种超大功率的单模“SM”增量器级,包括:

光纤-光纤棒放大器,延伸通过自由空间,并配置有多模“MM”非均匀尺寸的纤芯以及与所述纤芯共同延伸并围绕所述纤芯的包层;

MM泵浦光输出光纤,延伸通过自由空间,并包括与放大器的端接区域共同延伸的端接区域;

激光头,容纳放大器和泵浦光输出光纤的端接区域;以及

反射镜,设置在激光头中并具有中心开口,所述中心开口的尺寸设计为令已放大的信号光沿着传播方向穿过,并且所述反射镜被配置为沿相反传播方向重新引导入射在所述反射镜上的泵浦光,使得将泵浦光耦合到放大器的纤芯中,其中

增量器级还包括未约束的传输线缆,其中放大器和泵浦光输出光纤穿过所述传输线缆,相应泵浦光输出光纤和放大器的端接区域基本彼此平行地延伸,并在所述传输线缆的下游端上突出到所述激光头中,

其中所述增量器级还包括缓冲器,与放大器和泵浦光输出光纤的端接区域熔接,并被安装到激光头。

3.根据权利要求2所述的增量器级,其中所述MM纤芯掺杂有光发射器,并且具有:

较小直径的均匀输入区域,配置为在传播方向上沿着放大器的光纤部分导引单模“SM”信号光;以及

模式变换区域,将输入部分和输出部分桥连在一起。

4.根据权利要求3所述的增量器级,其中MM纤芯还包括较大直径的均匀输出区域,所述较大直径的均匀输出区域从模式变换区域延伸并沿着放大器的端接区域导引SM信号光。

5.根据权利要求2所述的增量器级,还包括:

衬套,包封相应放大器和泵浦光输出光纤的端接区域的至少一部分、缓冲器和反射镜,并与所述端接区域的所述至少一部分、所述缓冲器和所述反射镜相耦接,其中所述反射镜以及相应放大器和泵浦光输出光纤的端接区域是能够相对彼此调整的,以便将泵浦光耦合进入放大器的MM纤芯,同时沿传播方向通过开口输出已放大的SM信号光。

6.根据权利要求2所述的增量器级,其中泵浦光的数值孔径最大等于放大器的输出纤芯区域的数值孔径。

7.根据权利要求2所述的增量器级,其中所述反射镜是球面的或非球面的。

8.根据权利要求5所述的增量器级,还包括空气供应系统,可操作用于将空气流引入所述衬套,以便当空气流经过所述反射镜的孔时带出衬套的杂质。

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