高功率單模纖維源的制作方法
【專利摘要】一種光學(xué)設(shè)備，包括：一個(gè)或多個(gè)泵浦源，被安置以提供激光泵浦光；以及增益纖維，被光學(xué)耦合到所述一個(gè)或多個(gè)泵浦源，所述增益纖維包括活性摻雜的芯、內(nèi)包層和外包層、以及聚合物包層，所述活性摻雜的芯被安置以產(chǎn)生輸出光束，所述內(nèi)包層和外包層包圍摻雜的芯且被安置以傳播泵浦光，所述聚合物包層包圍所述外包層且被安置以導(dǎo)引泵浦光的選擇部分耦合到所述增益纖維的內(nèi)包層和外包層內(nèi)。泵浦纖維源的方法，包括：從一個(gè)或多個(gè)泵浦源生成泵浦光；將所述泵浦光耦合到所述纖維源的一個(gè)增益纖維的一個(gè)玻璃內(nèi)包層和一個(gè)玻璃外包層內(nèi)使得泵浦光的一部分通過包圍玻璃外包層的一個(gè)聚合物包層被導(dǎo)引；以及從所述增益纖維生成單模輸出光束。
【專利說明】
高功率單模纖維源
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用
[0002] 本申請要求享有2015年1月26日提交的美國臨時(shí)專利申請No.62/108,015的權(quán)益， 該美國臨時(shí)專利申請W整體引用的方式納入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本公開內(nèi)容設(shè)及高功率單模纖維激光和放大器。
【背景技術(shù)】
[0004] 高平均功率纖維源的功率縮放趨向于受發(fā)射到纖維源的增益纖維內(nèi)的累浦功率 W及該纖維內(nèi)的非線性光學(xué)過程的開始的限制。解決運(yùn)些限制常常需要平衡相互矛盾的設(shè) 計(jì)目標(biāo)，運(yùn)導(dǎo)致的折衷會(huì)消極地影響關(guān)于總輸出功率、光束質(zhì)量、功率轉(zhuǎn)換效率(wall-plug efficiency)、可靠性、成本、復(fù)雜度和/或可制造性方面的系統(tǒng)性能。隨著輸出光束功率接 近大約IkW或更大，對于能夠產(chǎn)生多種應(yīng)用高度期望的單模輸出光束的源，功率縮放問題往 往尤其嚴(yán)重。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 根據(jù)一方面，一種光學(xué)設(shè)備，包括:一個(gè)或多個(gè)累浦源，其被安置W提供激光累浦 光；W及增益纖維，其被光學(xué)地禪合到所述一個(gè)或多個(gè)累浦源，所述增益纖維包括活性滲雜 的忍(actively doped core)、內(nèi)包層和外包層、W及聚合物包層，所述滲雜的忍被安置W 產(chǎn)生輸出光束，所述內(nèi)包層和外包層包圍所述滲雜的忍且被安置W傳播累浦光，所述聚合 物包層包圍所述外包層且被安置W導(dǎo)引累浦光中的選擇部分被禪合到所述增益纖維的所 述內(nèi)包層和所述外包層內(nèi)。
[0006] 根據(jù)另一方面，一種累浦高功率纖維源的方法，包括:從一個(gè)或多個(gè)累浦源W累浦 波長生成累浦光;將所述累浦光禪合到所述纖維源的一個(gè)增益纖維的一個(gè)玻璃內(nèi)包層和一 個(gè)玻璃外包層內(nèi)使得所述累浦光的一部分通過包圍所述玻璃外包層的一個(gè)聚合物包層被 導(dǎo)引；W及從所述增益纖維生成單模輸出光束。
[0007] 從下面參考附圖進(jìn)行的詳細(xì)描述中，所公開技術(shù)的前述和其他的目的、特征和優(yōu) 點(diǎn)將變得更加明了。
【附圖說明】
[000引圖IA是一個(gè)代表性增益纖維的橫截面視圖。
[0009] 圖IB是圖IA的代表性增益纖維的側(cè)截面視圖。
[0010] 圖IC是圖IA-圖IB的纖維橫截面的折射率分布圖。
[0011] 圖2-圖5示出纖維源的代表性實(shí)施方案的示意圖。
[0012] 圖6是一種累浦增益纖維的代表性方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[OOU]如在本申請和權(quán)利要求書中使用的，單數(shù)形式的"一個(gè)(a)"、"一個(gè)(an)" W及"所 述(the)"包含復(fù)數(shù)形式，除非上下文另有明確指示。此外，術(shù)語"包會(huì)'意指"包括"。另外，術(shù) 語"禪合"不排除在禪合項(xiàng)之間存在中間元件。
[0014] 本文描述的系統(tǒng)、設(shè)備和方法不應(yīng)被理解為W任何方式進(jìn)行限制。而是，本公開內(nèi) 容指向多個(gè)公開的實(shí)施方案(單獨(dú)地W及彼此間W多種組合和子組合的方式）的所有新穎 的且非顯而易見的特征和方面。所公開的系統(tǒng)、方法和設(shè)備既不限制于任何具體的方面或 特征或其組合，也不需要呈現(xiàn)任何一個(gè)或多個(gè)具體的優(yōu)勢或解決任何一個(gè)或多個(gè)具體的問 題。任何操作理論都是為了便于解釋，但是所公開的系統(tǒng)、方法和設(shè)備不限于運(yùn)樣的操作理 論。
[0015] 盡管為了方便呈現(xiàn)而對一些公開的方法的操作W特定的順次次序進(jìn)行了描述，但 是應(yīng)理解，運(yùn)種描述方式包含了重新排列，除非下面陳述的具體的語言需要特定的次序。例 如，在一些情況下，順次描述的操作可W被重新排列或被同時(shí)地執(zhí)行。此外，為了簡單起見， 附圖可能未示出公開的系統(tǒng)、方法和設(shè)備可W與其他系統(tǒng)、方法和設(shè)備結(jié)合使用的多種方 式。此外，本說明書有時(shí)使用術(shù)語比如"產(chǎn)生"和"提供"來描述公開的方法。運(yùn)些術(shù)語是對執(zhí) 行的實(shí)際操作的高水平抽象。對應(yīng)于運(yùn)些術(shù)語的實(shí)際操作將依賴于具體的實(shí)施方式而改 變，且可容易被本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員識(shí)別。
[0016] 在一些實(shí)施例中，值、程序或設(shè)備被稱作"最低"、"最好"、"最小"或諸如此類。將理 解，運(yùn)樣的描述旨在表明可W在許多使用的功能替代方案間進(jìn)行選擇，且運(yùn)樣的選擇不必 更好、更小或W其他方式優(yōu)于其他選擇。參考一些被表示為、更小或W其above)"、"在…W 下(below)"、"上(upper)"、"下（lower)"和諸如此類的方向描述實(shí)施例。運(yùn)些術(shù)語是出于方 便描述而使用的，而且不暗示任何特定的空間定向。
[0017] 如在本文中使用的，光學(xué)福射指波長在大約IOOnm到10皿之間、且典型地在大約 500皿到2WI1之間的電磁福射。基于可獲得的激光二極管源和光學(xué)纖維的實(shí)施例通常與在大 約SOOnm到1700nm之間的波長相關(guān)聯(lián)。在一些實(shí)施例中，傳播的光學(xué)福射被稱為具有可W取 決于光束波長和用于光束成形的光學(xué)系統(tǒng)的直徑、光束橫截面面積W及光束散度的一個(gè)或 多個(gè)光束。為了方便起見，光學(xué)福射在一些實(shí)施例中被稱為光，且不必是可見波長的光。
[0018] 參考光學(xué)纖維描述代表性實(shí)施方案，但是可W使用具有正方形橫截面、矩形橫截 面、多邊形橫截面、卵形橫截面、楠圓形橫截面或其他橫截面的其他類型的光學(xué)波導(dǎo)。光學(xué) 纖維典型地由滲雜的(或未滲雜的）W提供預(yù)定折射率或折射率差的二氧化娃(玻璃)形成。 在一些實(shí)施例中，取決于感興趣的波長，纖維或其他波導(dǎo)由其他材料諸如氣錯(cuò)酸鹽、氣侶酸 鹽、氣化物或憐酸鹽玻璃、硫族化物玻璃、或者結(jié)晶材料諸如藍(lán)寶石制成。二氧化娃和氣化 物玻璃的折射率典型地是大約1.5,但是其他材料諸如硫族化物的折射率可W是3或更大。 在再一些實(shí)施例中，光學(xué)纖維可W部分由塑料形成。在典型的實(shí)施例中，滲雜的波導(dǎo)忍諸如 纖維忍響應(yīng)于累浦提供光學(xué)增益，且忍和包層是近似同軸的。在其他實(shí)施例中，忍和包層中 的一個(gè)或多個(gè)是偏屯、的，且在一些實(shí)施例中，忍和包層定向和/或位移沿著波導(dǎo)長度變化。
[0019] 如在本文使用的，數(shù)值孔徑(NA)指傳播的光學(xué)福射大體上被限制的光學(xué)波導(dǎo)所限 定的相對于傳播軸線的最大入射角度。在光學(xué)纖維中，纖維忍和纖維包層可W具有相關(guān)聯(lián) 的NA,典型地分別由忍和包層之間的折射率差限定或者由相鄰的包層之間的折射率差限 定。當(dāng)W運(yùn)樣的NA傳播的光學(xué)福射被大致良好地限制時(shí)，相關(guān)聯(lián)的電磁場諸如漸逝場典型 地延伸到相鄰的包層內(nèi)。在一些實(shí)施例中，忍N(yùn)A與忍/內(nèi)包層折射率差相關(guān)聯(lián)，且包層NA與 內(nèi)包層/外包層折射率差相關(guān)聯(lián)。對于具有忍折射率neore和包層折射率nelad的光學(xué)纖維，纖
維忍N(yùn)A是 具有一個(gè)內(nèi)忍和一個(gè)與該內(nèi)忍相鄰的外忍的光學(xué)纖 維，包層N 其中runner是內(nèi)包層的折射率且nouter是外包層的折 射率。上文所討論的光束還可W被稱為具有與光束角半徑相關(guān)聯(lián)的光束NA。雖然下文描述 了多忍階躍折射率纖維，但是也可W使用梯度折射率設(shè)計(jì)。
[0020] 在本文公開的實(shí)施例中，波導(dǎo)忍諸如光學(xué)纖維忍滲雜有稀±元素(諸如NcUYb、化、 Er)或其他活性滲雜劑或其組合。運(yùn)樣的活性滲雜的忍可W響應(yīng)于光學(xué)累浦或其他累浦提 供光學(xué)增益。如下文所公開的，具有運(yùn)樣的活性滲雜劑的波導(dǎo)可W被用來形成光學(xué)放大器， 或如果被設(shè)置有合適的光學(xué)反饋(諸如，反射層、鏡、布拉格光柵或其他反饋機(jī)構(gòu)），運(yùn)樣的 波導(dǎo)可W生成激光發(fā)射。光學(xué)累浦福射可W被安排W在波導(dǎo)內(nèi)相對于發(fā)射的激光束或放大 的光束的傳播方向同向傳播和/或反向傳播。
[0021] 在此使用術(shù)語亮度指的是每立體角度(solid angle)每單位面積的光束功率。在 一些實(shí)施例中，光束功率被設(shè)置有產(chǎn)生W下光束的一個(gè)或多個(gè)激光二極管，所述光束的立 體角度與光束波長和光束面積成比例。光束面積和光束立體角度的選擇可W產(chǎn)生將選擇的 累浦光束功率禪合到雙包層光學(xué)纖維、=包層光學(xué)纖維或其他多包層光學(xué)纖維的一個(gè)或多 個(gè)忍或包層內(nèi)的累浦光束。
[0022] 圖IA-圖IB和圖IC分別是一個(gè)代表性=包層光學(xué)增益纖維100的橫截面圖解和相 關(guān)聯(lián)的折射率分布圖。光學(xué)增益纖維100包括滲雜有活性離子一-諸如鏡、巧、其他稀±元 素、或適合于光學(xué)增益的其他元素一一的忍102。玻璃內(nèi)包層104包圍忍102且具有適當(dāng)?shù)氐?于忍102的折射率W便導(dǎo)引在忍102中生成的激光W通過全內(nèi)反射沿著忍軸線傳播。玻璃外 包層106包圍玻璃內(nèi)包層104且具有適當(dāng)?shù)氐陀趦?nèi)包層104的折射率，從而限制具有特定NA 的用代表性射線108示出的激光累浦光在玻璃內(nèi)包層104內(nèi)傳播，包括通過忍102。低折射率 聚合物包層110包圍玻璃外包層106且具有適當(dāng)?shù)氐陀谕獍鼘?06的折射率W便還導(dǎo)引具有 比在玻璃包層104內(nèi)導(dǎo)引的累浦光更大的NA的激光累浦光。用代表性射線112示出的運(yùn)樣的 累浦光因此被導(dǎo)引W在外玻璃包層106和內(nèi)玻璃包層104內(nèi)傳播，包括通過忍102。穿過忍 102的導(dǎo)引累浦光在活性滲雜劑中產(chǎn)生激發(fā)態(tài)W提供光學(xué)增益。運(yùn)樣的增益可W導(dǎo)致總體 在忍102內(nèi)傳播的輸出光束。套管114或其他材料可W被安置W包圍聚合物包層IlOW保護(hù) 纖維100免受損害。
[0023] 增益纖維100的多種參數(shù)被選擇使得在與內(nèi)包層104相關(guān)聯(lián)的玻璃導(dǎo)引區(qū)域和與 外包層106相關(guān)聯(lián)的聚合物導(dǎo)引區(qū)域之間分配禪合到增益纖維100內(nèi)的累浦光。W此方式， 在沒有困難的制造公差、沒有對增益纖維彎曲半徑的精確控制或調(diào)節(jié)、或沒有其他麻煩的 包裝約束條件的情況下，與增益纖維100相關(guān)聯(lián)的代表性輸出光束功率可W被縮放到IkW或 更大同時(shí)維持系統(tǒng)可靠性、可制造性W及單模操作。增益纖維，諸如增益纖維100使得能夠 使用簡單的累浦源將單模纖維源的功率縮放到IkW或更大。因此，可W獲得運(yùn)樣的較高功率 單模纖維源，其具有典型地與較低功率單模纖維源和較低功率多模纖維源相關(guān)聯(lián)的一定水 平的可靠性、可制造性、穩(wěn)定性和實(shí)用性。雖然在圖IA-圖IB中描繪了大致圓形的包層橫截 面和大致六邊形的包層橫截面，但是將理解不同的包層可W使用其他橫截面，包括正方形、 八邊形、楠圓形、卵形等，包括用于不同包層的不同形狀。還應(yīng)理解，雖然描繪了一律平的和 尖銳的階躍折射率分布圖，但是可W提供其他折射率變化，包括在包層邊界處的變化或在 包層內(nèi)的變化。此外，其他元件或區(qū)域可W被布置在纖維100內(nèi)，諸如，應(yīng)力棒或其他偏振保 持元件W及一個(gè)或多個(gè)附加的滲雜劑。包層橫截面還可W是非對稱的。例如，內(nèi)包層104或 外包層1〇6(或二者)可W偏離忍102的中屯、。
[0024] 在代表性實(shí)施例中，忍102滲雜有鏡W獲得大約IOSOnm的激光輸出，且具有大約13 WIl的直徑W獲得穩(wěn)健的單模光束質(zhì)量。相關(guān)聯(lián)的光束的對應(yīng)的光束參數(shù)乘積通常小于 0.4mm-mrad，對應(yīng)于大約1.2M 2或更好的M2。使用約2kW的累浦功率可W獲得大約1.5kW的單 模輸出光束功率。可W選擇最高達(dá)800W的累浦功率W通過低折射率聚合物包層110被導(dǎo)引 W在外包層106內(nèi)傳播，但是此量根據(jù)其他纖維屬性(諸如，纖維長度、忍尺寸、包層直徑）W 及其他因素(諸如，工廠清潔度、制造過程成熟度和控制、工具作業(yè)W及裝備質(zhì)量、操作員技 術(shù)水平等）的選擇可W更大或更小。在一些實(shí)施例中，通過低折射率聚合物包層110導(dǎo)引 5%、20%、40%或更多的累浦光。在一些實(shí)施例中，省略聚合物包層且外包層/空氣界面限 定外包層NA。
[0025] 雖然增益纖維100的忍102通?？蒞被選擇成單模，但是在一些實(shí)施例中可W使用 多模忍或少模忍。在運(yùn)樣的忍中，忍直徑和相關(guān)聯(lián)的NA可W被選擇成使得在具有典型的纖 維公差和包裝W及對應(yīng)的卷繞尺寸的情況下通過用于基模的優(yōu)先增益或較高階模的損耗 (或二者）的方式提供單模操作。換言之，在實(shí)現(xiàn)單模性能中不太關(guān)注為了優(yōu)化彎曲半徑而 對纖維規(guī)格的仔細(xì)控制或?qū)Πb的仔細(xì)限制，導(dǎo)致較少的設(shè)計(jì)約束或妥協(xié)。
[0026] 內(nèi)包層104的直徑和外包層106的直徑W及在內(nèi)包層104和外包層106之間分配的 累浦光的量可W取決于禪合到增益纖維100的累浦光的亮度。例如，對于給定的包層直徑， 較亮的累浦將使總累浦功率中的較大部分被禪合到較低NA玻璃內(nèi)包層104內(nèi)。在增益纖維 100的代表性實(shí)施例中，忍102是NA小于大約0.08的活性滲雜的二氧化娃，且玻璃內(nèi)包層104 是NA為大約0.23的二氧化娃，且由于可W是氣化丙締酸醋的低折射率聚合物110的存在，玻 璃外包層106是NA為大約0.46的捕獲光的氣娃酸鹽玻璃。多種包層直徑的選擇可W是多維 優(yōu)化且取決于系統(tǒng)細(xì)節(jié)，包括系統(tǒng)的期望的輸出功率、可用累浦亮度、忍設(shè)計(jì)、制造能力等。 在代表性實(shí)施例中，內(nèi)包層直徑可W在200WH-250皿的范圍內(nèi)，且外包層直徑可W在220皿-300皿的范圍內(nèi)選擇。
[0027] 然而，通過利用本文描述的累浦功率的選擇性分配，可W提供足夠小的玻璃外包 層直徑，運(yùn)導(dǎo)致本來小的忍中的足夠的累浦吸收使得在不利的非線性過程開始之前在生成 可W超過IkW的輸出功率中可W使用適當(dāng)短的纖維長度。換言之，纖維長度參數(shù)常常由在忍 中累浦光的吸收確定，在忍中累浦光的吸收最典型地由忍橫截面面積和包層橫截面面積之 比確定?？蒞通過W損耗單模輸出為代價(jià)增加忍直徑或通過增加纖維長度但是W生成非線 性過程為代價(jià)來獲得增加的累浦吸收。對于累浦化增益纖維，一個(gè)常規(guī)的方法是使用具有 較低量子數(shù)虧損的累浦光，即具有較接近輸出波長的波長，諸如980nm的累浦光。然而，由于 根據(jù)在此的實(shí)施方案的多個(gè)方面通過聚合物包層110僅導(dǎo)引一小部分累浦功率，因此可W 在不依靠較不可靠的或更昂貴的累浦技術(shù)的情況下使用高亮度、高可靠性的915nm累浦源 來生成IkW或更大功率的單模輸出光束。非線性過程典型地包括受激拉曼散射(SRS)、受激 布里淵散射(SBS)、自相位調(diào)制（SPM) W及四波混頻(FWM)。在一些實(shí)施例中，增益纖維的長 度可W被選擇成足夠短，運(yùn)是由于累浦功率的如下分配:與光學(xué)非線性的生成相關(guān)聯(lián)的帶 外功率是輸出光束的功率的20%或更少。在附加的實(shí)施例中，與光學(xué)非線性的生成相關(guān)聯(lián) 的帶外功率是輸出光束的功率的5%或更少，1%或更少，或大體上是零。
[0028] 根據(jù)本文的實(shí)施例，與通過玻璃外包層106導(dǎo)引大體上所有累浦光的情況相比，對 于給定的忍設(shè)計(jì)，作為結(jié)果的每單位長度的累浦吸收顯著較高，且對應(yīng)的增益纖維長度可 W顯著較短。因此，忍102的直徑可W被選擇成使得維持高功率輸出光束的單模操作。因此， 可W獲得玻璃包層纖維的功率處理益處而沒有與其相關(guān)聯(lián)的常規(guī)的單模功率縮放限制?？?慮到用現(xiàn)代累浦源可獲得的亮度，可獲得大于IkW的纖維源輸出功率同時(shí)即使當(dāng)在諸如 900皿-940nm、910皿-930皿或915nm實(shí)際波長下累浦時(shí)為穩(wěn)健的單模操作維持足夠小的忍 直徑。在代表性增益纖維中，纖維振蕩器長度可W在10m-30m的范圍內(nèi)。當(dāng)與累浦組合器一 起使用時(shí)，典型的累浦源產(chǎn)生具有適合于將功率禪合在纖維忍中W及在內(nèi)包層和外包層中 的NA的累浦光束。
[0029] 參考圖2,代表性纖維激光系統(tǒng)200包括通過累浦遞送纖維206禪合到累浦組合器 204的多個(gè)累浦源202。累浦源202每個(gè)均可W提供相同的累浦輸出功率和亮度或它們可W 是不同的。累浦組合器204可操作W將來自累浦源202的入射累浦光組合在一個(gè)具有所選擇 的NA分布的組合累浦輸出中。組合的累浦輸出被光學(xué)地禪合到單模增益纖維208。增益纖維 208被布置在纖維布拉格光柵210、212之間，每個(gè)布拉格光柵均具有被選擇成在與增益纖維 忍中的活性元素相關(guān)聯(lián)的激光波長下提供激光操作的反射性。例如，光柵210在激光波長下 可W具有高反射率，諸如，90%、95%、99%或更高。光柵212可作為用于增益纖維208的輸出 禪合器操作且可W具有與期望的激光輸出功率相關(guān)聯(lián)的反射率。遞送纖維214被禪合到增 益纖維208且可W被用來將高功率單模輸出光束216遞送到目標(biāo)。增益纖維208的參數(shù)被選 擇成使得禪合到增益纖維208的累浦功率被分配為通過外包層被導(dǎo)引和通過包圍該外包層 的低折射率包層(諸如，聚合物包層)被導(dǎo)引。
[0030] 如在圖3中示出的，纖維激光系統(tǒng)300包括具有通過累浦組合器306禪合到纖維振 蕩器增益纖維304的具有選擇的NA的多個(gè)累浦源302。增益纖維304的輸出可W接著通過隨 后的纖維放大器增益纖維308被放大使得纖維激光系統(tǒng)300W主振蕩器功率放大器配置操 作。遞送纖維310被禪合到纖維放大器增益纖維308W便接收放大的單模輸出光束312用于 隨后遞送到目標(biāo)或用于隨后應(yīng)用在更大的激光系統(tǒng)中，諸如，變得被組合在單模纖維組合 器中。纖維振蕩器增益纖維304和纖維放大器增益纖維308包括包圍相應(yīng)的滲雜忍的玻璃內(nèi) 包層和玻璃外包層使得累浦光被分配W實(shí)現(xiàn)高功率單模輸出。
[0031] 參考圖4,纖維激光系統(tǒng)400包括多個(gè)累浦源402,所述多個(gè)累浦源被禪合到累浦組 合器404 W將來自所述多個(gè)累浦源的累浦光禪合到纖維振蕩器增益纖維406的輸入端420 內(nèi)。一個(gè)或多個(gè)附加累浦源408在纖維布拉格光柵416、418之間禪合到增益纖維406內(nèi)，例 如，通過接頭或累浦組合器。一個(gè)或多個(gè)附加累浦源410通過增益纖維406的輸出端422禪合 到增益纖維406內(nèi)。遞送纖維412提供高功率單模輸出光束414W用于隨后的激光束應(yīng)用。增 益纖維406的參數(shù)被選擇且累浦功率NA被選擇成使得對于禪合到增益纖維208內(nèi)的累浦功 率該累浦功率的一部分通過一個(gè)外包層被導(dǎo)引且另一部分通過包圍該外包層的較低折射 率包層被導(dǎo)引。
[0032] 參考圖5,纖維激光系統(tǒng)500包括多個(gè)累浦源502,所述多個(gè)累浦源通過光學(xué)器件 504自由空間地禪合到增益纖維506內(nèi)。遞送纖維508被禪合到增益纖維506且被安置W遞送 高功率單模輸出光束510W用于隨后的應(yīng)用。增益纖維506W及禪合在其中的累浦光NA的參 數(shù)被選擇成使得累浦功率的一部分通過一個(gè)外包層被導(dǎo)引且另一部分通過包圍該外包層 的較低折射率包層被導(dǎo)引。
[0033] 圖6是示出提供高功率激光束的代表性方法600的一個(gè)實(shí)施例的流程圖。在602處， 從一個(gè)或多個(gè)累浦源W累浦波長生成累浦光?？蒞選擇相對大的量子數(shù)虧損的累浦波長， 諸如，短于大約930nm的累浦波長W用于增益到IOSOnmW上。在604處，累浦光被禪合到增益 纖維的玻璃內(nèi)包層和玻璃外包層使得該累浦功率的相當(dāng)大一部分在包圍滲雜忍的內(nèi)包層 周圍安置的外包層中傳播。典型地，包圍外玻璃包層的低折射率聚合物包層至少部分地限 定外包層NA。在606處，從增益纖維生成高功率單模激光輸出光束。W此方式產(chǎn)生的單模輸 出光束可W具有IkW或更大的功率并且沒有常規(guī)方法的缺點(diǎn)。
[0034] 鑒于所公開的技術(shù)的原理可W應(yīng)用到許多可能的實(shí)施方案，應(yīng)認(rèn)識(shí)到例示的實(shí)施 方案僅是代表性的實(shí)施例且不應(yīng)被認(rèn)為限制本公開內(nèi)容的范圍。在運(yùn)些部分中具體提到的 替代方案僅僅是示例性的且不構(gòu)成在此所描述的實(shí)施方案的所有可能替代方案。例如，在 此所描述的系統(tǒng)的多種部件可W在功能和用途上組合。因此，我們要求享有在所附權(quán)利要 求的范圍和精神內(nèi)的所有權(quán)利。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種光學(xué)設(shè)備，包括： 一個(gè)或多個(gè)栗浦源，其被安置以提供激光栗浦光；以及 增益纖維，其被光學(xué)地耦合到所述一個(gè)或多個(gè)栗浦源，所述增益纖維包括活性摻雜的 芯、內(nèi)包層和外包層、以及聚合物包層，所述摻雜的芯被安置以產(chǎn)生輸出光束，所述內(nèi)包層 和外包層包圍所述摻雜的芯且被安置以傳播栗浦光，所述聚合物包層包圍所述外包層且被 安置以導(dǎo)引栗浦光的選擇部分被耦合到所述增益纖維的所述內(nèi)包層和所述外包層內(nèi)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中耦合到所述增益纖維內(nèi)的栗浦光具有的NA大于所 述內(nèi)包層的NA。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述栗浦光具有的波長在910nm到920nm之間。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述芯是少模芯。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述一個(gè)或多個(gè)栗浦源被安置以將至少50W或更多 的栗浦光耦合到所述增益纖維內(nèi)以通過所述聚合物包層被導(dǎo)引。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括一個(gè)栗浦組合器，所述栗浦組合器被安置以 接收來自所述一個(gè)或多個(gè)栗浦源的栗浦光并且將所述栗浦光組合到一個(gè)栗浦組合器纖維 輸出中，該栗浦組合器纖維輸出被耦合到所述增益纖維。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述一個(gè)或多個(gè)栗浦源被安置以將800W或更少的 栗浦光耦合到所述增益纖維內(nèi)以通過所述聚合物包層被導(dǎo)引。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中內(nèi)玻璃包層的NA在0.20和0.26之間。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中外玻璃包層的NA在0.40和0.52之間。10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述輸出光束具有的波長在l〇〇〇nm到1200nm之間 且所述栗浦光具有的波長短于930nm。11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述增益纖維的長度是基于所述栗浦光到玻璃內(nèi) 包層和玻璃外包層內(nèi)的耦合而選擇的，以允許所述輸出光束的功率是lkW或更大且是單模 的，其中所生成的帶外光學(xué)非線性功率是所述輸出光束的功率的20%或更少。12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中所述帶外光學(xué)非線性功率是所述輸出光束的功 率的5 %或更少。13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中耦合到所述增益纖維內(nèi)的栗浦光的40%或更少通 過所述聚合物包層被導(dǎo)引。14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述增益纖維是纖維振蕩器。15. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述增益纖維是主振蕩器纖維放大器。16. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述輸出光束功率是1.5kW或更大。17. -種栗浦高功率纖維源的方法，包括： 從一個(gè)或多個(gè)栗浦源以栗浦波長生成栗浦光； 將所述栗浦光耦合到纖維源的一個(gè)增益纖維的一個(gè)玻璃內(nèi)包層和一個(gè)玻璃外包層內(nèi)， 使得所述栗浦光的一部分通過包圍所述玻璃外包層的一個(gè)聚合物包層被導(dǎo)引；以及 從所述增益纖維生成單模輸出光束。18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述栗浦光的10%或更多通過所述聚合物包層 被導(dǎo)引。19. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述栗浦光具有的波長在910nm到920nm之間。20. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述增益纖維的長度是基于所述栗浦光到所述 玻璃內(nèi)包層和所述玻璃外包層內(nèi)的耦合而選擇的，以允許所述輸出光束的功率是lkW或更 大且是單模的，其中所生成的帶外光學(xué)非線性功率是所述輸出光束的功率的20%或更少。21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中所述帶外光學(xué)非線性功率是所述輸出光束的功 率的5 %或更少。22. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述聚合物包層導(dǎo)引50W或更多的栗浦光。
【文檔編號(hào)】H01S3/067GK105826798SQ201610051671
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年1月26日
【發(fā)明人】D·A·V·克萊納, R·L·法羅
【申請人】恩耐公司