[發明專利]具有非均勻配置的光纖-光纖棒多模放大器的超大功率單模光纖激光器系統

有效

• 申請號: 201480012436.0
• 申請日: 2014-03-06
• 公開（公告）號: CN105492943B
• 公開（公告）日: 2019-05-07
• 發明（設計）人: 瓦倫丁·P·加蓬舍夫;伊格爾·山馬爾特瑟夫;迪米特里·亞戈德金
• 申請（專利權）人: IPG光子公司
• 主分類號: G02B6/02
• 分類號: G02B6/02;H01S3/10;H01S3/067
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 王波波

1.一種超大功率光纖激光器系統，包括：

基礎激光控制臺，包括：

單模“SM”種子源，發射SM信號；

SM無源光纖，接收SM信號光并沿傳播方向導引SM信號光；

帶尾纖的激光二極管泵浦源，輸出泵浦光；以及

實體組件，裝配用于支持包括控制和安全電子器件在內的激光器系統操作；

光學激光頭，與基礎激光控制臺間隔開；

至少一個柔性傳輸線纜，在控制臺和激光頭之間延伸；

光纖-光纖棒增量放大器，具有穿過所述傳輸線纜的主要長度，并設置有直接耦接到激光頭的輸出端，所述增量放大器配置有全摻雜多模“MM”單片纖芯，所述MM單片纖芯至少配置有以下部件：

均勻尺寸的輸入纖芯區域，與SM無源光纖的纖芯的下游端相耦接，對應輸入纖芯區域和SM光纖的纖芯配置為具有基本彼此匹配的對應模場直徑“MFD”；

模式變換纖芯區域，從所述輸入纖芯部分擴展并配置為擴展SM的MFD，同時防止激勵高階模式；

輸出放大的均勻尺寸的纖芯區域，從所述模式變換纖芯區域延伸并且直徑大于輸入纖芯區域的直徑，其中增量光纖放大器可操作用于發射基本為SM的系統輸出光，其功率在kW-MW的范圍內改變；

反射鏡，安裝在激光頭中，并與增量放大器的下游間隔開；以及

至少一個MM泵浦光傳輸光纖，延伸通過傳輸線纜，并導引泵浦光，使得將泵浦光入射在所述反射鏡上，所述反射鏡配置為沿反向傳播方向重新引導泵浦光，以便對增量放大器的MM纖芯進行端面泵浦，

其中所述超大功率光纖激光系統還包括緩沖器，與增量放大器和泵浦光傳輸光纖的端接區域熔接，并被安裝到激光頭。

2.一種超大功率的單模“SM”增量器級，包括：

光纖-光纖棒放大器，延伸通過自由空間，并配置有多模“MM”非均勻尺寸的纖芯以及與所述纖芯共同延伸并圍繞所述纖芯的包層；

MM泵浦光輸出光纖，延伸通過自由空間，并包括與放大器的端接區域共同延伸的端接區域；

激光頭，容納放大器和泵浦光輸出光纖的端接區域；以及

反射鏡，設置在激光頭中并具有中心開口，所述中心開口的尺寸設計為令已放大的信號光沿著傳播方向穿過，并且所述反射鏡被配置為沿相反傳播方向重新引導入射在所述反射鏡上的泵浦光，使得將泵浦光耦合到放大器的纖芯中，其中

增量器級還包括未約束的傳輸線纜，其中放大器和泵浦光輸出光纖穿過所述傳輸線纜，相應泵浦光輸出光纖和放大器的端接區域基本彼此平行地延伸，并在所述傳輸線纜的下游端上突出到所述激光頭中，

其中所述增量器級還包括緩沖器，與放大器和泵浦光輸出光纖的端接區域熔接，并被安裝到激光頭。

3.根據權利要求2所述的增量器級，其中所述MM纖芯摻雜有光發射器，并且具有：

較小直徑的均勻輸入區域，配置為在傳播方向上沿著放大器的光纖部分導引單模“SM”信號光；以及

模式變換區域，將輸入部分和輸出部分橋連在一起。

4.根據權利要求3所述的增量器級，其中MM纖芯還包括較大直徑的均勻輸出區域，所述較大直徑的均勻輸出區域從模式變換區域延伸并沿著放大器的端接區域導引SM信號光。

5.根據權利要求2所述的增量器級，還包括：

襯套，包封相應放大器和泵浦光輸出光纖的端接區域的至少一部分、緩沖器和反射鏡，并與所述端接區域的所述至少一部分、所述緩沖器和所述反射鏡相耦接，其中所述反射鏡以及相應放大器和泵浦光輸出光纖的端接區域是能夠相對彼此調整的，以便將泵浦光耦合進入放大器的MM纖芯，同時沿傳播方向通過開口輸出已放大的SM信號光。

6.根據權利要求2所述的增量器級，其中泵浦光的數值孔徑最大等于放大器的輸出纖芯區域的數值孔徑。

7.根據權利要求2所述的增量器級，其中所述反射鏡是球面的或非球面的。

8.根據權利要求5所述的增量器級，還包括空氣供應系統，可操作用于將空氣流引入所述襯套，以便當空氣流經過所述反射鏡的孔時帶出襯套的雜質。