[發明專利]高功率空間濾光器

有效

• 申請號: 201380027913.6
• 申請日: 2013-05-29
• 公開（公告）號: CN104521077B
• 公開（公告）日: 2017-09-15
• 發明（設計）人: 伊格爾·貝爾謝夫;瓦迪姆·丘亞諾夫;阿列克謝·科米薩諾夫;尼古拉·什特夫
• 申請（專利權）人: IPG光子公司
• 主分類號: H01S3/10
• 分類號: H01S3/10;G02B5/20
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司11021
• 代理人: 王鵬鑫

技術領域

本發明涉及一種光學系統，其操作以從傳播通過自由空間的激光中過濾掉高數值孔徑或數值口徑射線。

背景技術

為了滿足現在的工業需求，一般包括固體激光器和光纖激光器的激光器變得越來越高效能。然而，通常應當在不劣化激光的質量的情況下得到高的光能量。在不同結構或配置的光纖激光系統中激光傳播通過自由空間是經常遇到的。例如，光纖激光系統的諸如隔離器、環行器等的帶有引出端的光學部件被構造有要求光經由自由空間傳播的光路連續段。而另一種要求光經由自由空間傳播的光學構造包括通常操作為泵浦源的激光二極管模塊。激光二極管模塊典型地具有多個發出各自的光束的激光二極管。光束被進一步校準和聚焦在多模(MM)傳送光纖的入口承接口(faucet)，該多模傳送光纖進一步將泵浦光引導到光纖增益組件。

將被聚焦的光線耦合到光纖一般地是重要的，特別是當激光二極管模塊用作用于能夠發出激光的光纖激光系統的泵浦時。通常，在多種工業中觀察到的進展是越來越多地需要具有高質量高功率的激光束。

滿足這種需求的是典型地包括一個或多個二極管泵浦模塊的所謂的高功率光纖激光系統。產生的泵浦光然后被耦合到一個或多個增益組件。增益組件被構造有典型地具有多模(“MM”)芯部的主動光纖或激活光纖，該多模芯部被構型為在想要的波長基本上只承載基礎模式(FM)。分別耦合到主動光纖的相對兩端的輸入和輸出單模式(SM)被動光纖典型地組成了增益組件的一個光纖單元。

用于高功率激光系統的泵浦激光二極管模塊被構造為帶有引出端的光學元件，即，帶有耦合到其上的光纖的元件。因此，來自多個發光器的被聚焦的MM光線被耦合到MM被動光纖，該MM被動光纖忠于其定義支持包括最強效的基礎模式的多個橫向模式。這些模式“競爭”給定的功率。在MM被動光纖中激發了更多的高階模式(HOM)的情況下，基礎模式的功率降低。

被傳送的基礎模式的功率損失極大地影響了上述公開的高功率光纖激光系統的總體效率。因此，期望由MM被動光纖傳送的基礎模式是最有效的或最強的，這可以通過降低高階模式的數量實現。

存在幾個影響激發的HOM(高階模式)的數量的因素。例如，在將被聚焦光線耦合到MM被動光纖的過程中，大多數光線進入到MM芯部。這種光主要激發中心芯部模式，其中，光功率強度圍繞光纖的主要被基礎模式和少數中心HOM所占據的芯部區域對準。

但是具有各自的大數值孔徑的一些激光光線，即以相對于光纖的光軸的較大角度傳播的光線，從MM芯部偏離雜散并且沒有很好地與MM芯部對準。此種雜散光線可能激發光纖的大量的包層模式和通常沿著芯部/包層界面傳播的外圍芯部HOM(高階模式)。這些外圍HOM也降低了基礎模式的功率和質量，并且附加地，經常趨于不能耦接到光纖，從而出現對環境的危害。特別是，使得光纖免受機械應力的保護性聚合物層很容易被破壞，這樣經常導致光纖自身的不可修復的損壞。另外，解耦光對光纖系統的其他光學部件而言是危險的。

傳統地，光圈止擋件或孔闌或光圈被用于過濾掉雜散的激光以防止其進入到光纖。這種直接的解決方案通常對常規的自由空間光學器件而言是有效的。然而，在與高功率泵浦模塊相關的微型光學器件中，孔闌更難以處理。因此，不能一直滿足在相對于光纖軸線安裝和對準過程中對高精度的要求。繼而，對于大規模生產而言，后者降低了激光模塊的可靠性和可復制性。

外圍模式的激發導致上述的不想要的后果不僅僅限于泵浦光傳送系統。光纖激光系統也經常具有校準光傳播通過自由空間然后耦合至光纖的光路。例如，終端組件具有準直透鏡，或者多級聯高功率光纖激光系統經常包括隔離器、環行器和其他大型部件，這些部件配置有在光線被耦合到光纖之前的自由空間光路。在很多情況下，傳播進入到光纖的光的耦合也具有與上述關于泵浦光傳送系統的相同的問題。

因此，在接收通過自由空間傳播的MM光線的被動MM光纖中，存在減小或最小化外圍HOM和包層HOM的激發的改進的方法的需求。

還存在對執行改進的方法的光學系統的需求。

發明內容

本公開的光學系統滿足了上述的需求。具體地，所述系統構造有發光的光源，所述光進一步經由自由空間傳播并且入射在聚焦光學部件上。被聚焦的光進一步入射在與上述部件對準的光纖上，并且被聚焦的光包括相對于部件的光學軸線以相應的角度延伸的小數值孔徑光線和高數值孔徑光線。

在下文公開的是一個改進的方法，該方法通過從入射到光纖上的光中過濾掉高數值孔徑的雜散光線而減小較高階模式和包層模式的激發。