[發(fā)明專利]用于大面積激光器的光譜變窄和波長(zhǎng)穩(wěn)定化的方法和設(shè)備

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201680007714.2
• 申請(qǐng)日: 2016-01-25
• 公開（公告）號(hào): CN107210575A
• 公開（公告）日: 2017-09-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 喬丹·P·萊德納;約翰·R·馬爾恰恩特
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 喬丹·P·萊德納;約翰·R·馬爾恰恩特
• 主分類號(hào): H01S3/067
• 分類號(hào): H01S3/067
• 代理公司: 中國(guó)專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 周學(xué)斌,鄭冀之

相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

本申請(qǐng)要求2015年1月29日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)?zhí)?2/109,189的優(yōu)先權(quán)，所述申請(qǐng)以引用的方式整體并入本文。

相關(guān)領(lǐng)域

大面積激光器的光譜變窄和波長(zhǎng)穩(wěn)定化。

背景

大面積激光器(BAL)由于它們的波長(zhǎng)選擇能力和較高的電到光效率而用于光泵浦和材料處理。然而，它們具有由多模式操作、熱感應(yīng)折射率變化以及由非均勻增益誘導(dǎo)的折射率變化而引起的光譜和空間不穩(wěn)定發(fā)射。這些效應(yīng)導(dǎo)致9xx帶BAL，其在峰值操作功率下具有2-6 nm的光譜寬度和每開氏溫度移位0.3-0.4 nm的光譜。當(dāng)需要與材料的窄吸收峰值的強(qiáng)相互作用時(shí)(例如，泵浦鐿摻雜光纖激光器)，這些特性可變得有問題。

過去已在至少一些實(shí)例和應(yīng)用中使用選擇性激光反饋來改進(jìn)激光器的光譜特性。在大面積激光器二極管中，兩種此類技術(shù)包括在二極管上的分布布拉格反射器中或者使用外腔式構(gòu)型中的立體布拉格反射器。盡管與二極管單片集成的分布布拉格反射器不需要物理對(duì)齊以使BAL光譜輸出變窄，但此類裝置仍遭受由于溫度以及因此操作功率而導(dǎo)致的波長(zhǎng)變化性。可替代地，立體布拉格光柵對(duì)于溫度變化更穩(wěn)健，但必須仔細(xì)對(duì)齊并且傾向于具有降低總輸出功率效率的散射損耗。

概述

我們已開發(fā)出使用單模光纖布拉格光柵(FBG)以使商用BAL的發(fā)射波長(zhǎng)變窄和穩(wěn)定的設(shè)備和方法。在一些非限制性實(shí)例中，不同于立體布拉格光柵(VBG)方法，這種技術(shù)還示出來增強(qiáng)輸出功率并改進(jìn)具有改善慢軸光束質(zhì)量的潛力的遠(yuǎn)場(chǎng)(FF)發(fā)射圖樣。在一個(gè)非限制性實(shí)例中，本發(fā)明以用于集成到常規(guī)封裝系統(tǒng)中的新穎的激光泵浦光纖幾何結(jié)構(gòu)來體現(xiàn)。

在一些非限制性實(shí)例中，可通過利用高度反射的FBG和來自遠(yuǎn)場(chǎng)的角度選擇性反饋來徹底地改變BAL的激光性能。這已通過其中3.0 A商用BAL的光譜成分變窄一定因數(shù)(10.6降至0.26 nm)的實(shí)驗(yàn)而演示。在至少一些實(shí)例中，這些技術(shù)不受激光二極管溫度所支配。在一些實(shí)例中，我們的方法包括FF中的空間和光譜選擇性反射器，其(在不增加發(fā)射角度的情況下)也增強(qiáng)發(fā)射功率，并且因此在其意圖的操作功率下使BAL的空間亮度增加高達(dá)13%，并且在至少一些實(shí)例中還引起FF分布形狀的改變并且改善光束質(zhì)量。我們的新穎的激光泵浦光纖構(gòu)造的實(shí)施方案可快速地集成到當(dāng)前制造環(huán)境中并顯著地增強(qiáng)由用于商用高功率二極管泵浦激光器系統(tǒng)的這種技術(shù)的實(shí)施方案所獲得的益處。

在一個(gè)非限制性實(shí)施方案中，設(shè)備包括：大面積激光源，所述大面積激光源被配置來發(fā)射光，所述發(fā)射光包括發(fā)射軸線和沿著所述發(fā)射軸延伸的發(fā)射圖樣，所述發(fā)射圖樣包括遠(yuǎn)離所述發(fā)射軸的中心定位的子孔徑部分；單模光纖，所述單模光纖與光纖布拉格光柵相關(guān)聯(lián)，所述光纖布拉格光柵被配置來將來自子孔徑部分的光按光譜選擇性地反射回所述大面積激光源；以及耦合光學(xué)器件，所述耦合光學(xué)器件被配置來將子孔徑部分的至少一部分耦合到單模光纖。

在一些實(shí)例中，所述子孔徑部分是子孔徑遠(yuǎn)場(chǎng)部分。

在一些實(shí)例中，所述單模光纖是雙包層光纖的纖芯。

在一些實(shí)例中，所述耦合光學(xué)器件被配置來將基本上所有發(fā)射光耦合到雙包層光纖。

在一些實(shí)例中，所述雙包層光纖沿著中心縱向軸線延伸，并且所述單模光纖纖芯從所述中心縱向軸線偏移。

在一些實(shí)例中，所述雙包層光纖還包括從所述雙包層光纖的所述中心縱向軸線偏移的第二單模光纖纖芯。

在一些實(shí)例中，所述發(fā)射圖樣包括遠(yuǎn)離所述發(fā)射軸的所述中心定位的第二子孔徑部分，并且其中所述第二單模光纖纖芯與第二光纖布拉格光柵相關(guān)聯(lián)，所述第二光纖布拉格光被配置來將來自所述第二子孔徑部分的光按光譜選擇性地反射回所述大面積激光源。

在一些實(shí)例中，所述設(shè)備還包括：第二大面積激光源，所述第二大面積激光源被配置來發(fā)射光，來自所述第二大面積激光源的所述發(fā)射光包括第二發(fā)射軸和沿著所述第二發(fā)射軸延伸的第二發(fā)射圖樣，所述第二發(fā)射圖樣包括遠(yuǎn)離所述第二發(fā)射軸定位的第二子孔徑部分；以及第二單模光纖，所述第二單模光纖與光纖布拉格光柵相關(guān)聯(lián)，所述光纖布拉格光柵被配置來將來自所述第二子孔徑部分的光按光譜選擇性地反射回所述第二大面積激光源。

在一些實(shí)例中，所述單模光纖和所述第二單模光纖是雙包層光纖的纖芯。

在一些實(shí)例中，所述雙包層光纖包括輸入面，所述發(fā)射圖樣和所述第二發(fā)射圖樣入射到所述輸入面上，并且所述發(fā)射圖樣和所述第二發(fā)射圖樣在所述輸入面處不重疊。