用于生成高功率激光的方法和設(shè)備的制造方法
【專利摘要】一種多模光纖拉曼激光器包括：泵浦源，具有發(fā)射面積和第一光學(xué)擴(kuò)展量；以及多模拉曼諧振器光纖，耦合至該泵浦源。多模拉曼諧振器光纖具有大于或等于第一光學(xué)擴(kuò)展量的第二光學(xué)擴(kuò)展量。
【專利說明】用于生成高功率激光的方法和設(shè)備
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求于20 13年1月14日提交的題為“Me thod and Apparatus forGenerating High Power Laser Light”的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)第61/890,479號(hào)的優(yōu)先權(quán)，其公開內(nèi)容為了所有目的而通過引用全部并入本文中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的實(shí)施例涉及光學(xué)系統(tǒng)。更具體地，本發(fā)明的實(shí)施例涉及利用多模光纖增益區(qū)的激光源。在特定實(shí)施例中，絕熱錐體用于提高光學(xué)效率。本發(fā)明適用于各種光學(xué)放大器、激光器等。
[0004]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，提供了一種多模光纖拉曼激光器。該激光器包括:栗浦傳送光纖，具有第一纖芯直徑和第一光學(xué)擴(kuò)展量(etendue);以及多模拉曼諧振器光纖(resonator fiber)，親合至該栗浦傳送光纖。多模拉曼諧振器光纖具有小于第一纖芯直徑的第二纖芯直徑和大于或等于第一光學(xué)擴(kuò)展量的第二光學(xué)擴(kuò)展量。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的特定實(shí)施例，提供了一種多模光纖拉曼激光器。該激光器包括:栗浦源，具有發(fā)射面積和第一光學(xué)擴(kuò)展量；以及多模拉曼諧振器光纖，耦合至栗浦源。多模拉曼諧振器光纖具有大于或等于第一光學(xué)擴(kuò)展量的第二光學(xué)擴(kuò)展量。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，提供了一種多模光纖拉曼激光器。該激光器包括:栗浦源(例如，二極管激光器)，具有非對(duì)稱的光束輪廓(beam profile);以及多模拉曼諧振器光纖，光學(xué)地耦合至二極管激光器栗浦源。多模拉曼諧振器光纖具有非對(duì)稱的纖芯。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例，提供了一種激光器。該激光器包括光栗浦源和光纖諧振器，該光纖諧振器包括:高反射率光纖布拉格光柵(FBG);多模光纖增益區(qū)，能夠操作用于支持預(yù)定數(shù)量的模式;栗浦反射器光纖布拉格光柵;模式轉(zhuǎn)換器，能夠操作用于支持小于或等于預(yù)定數(shù)量的模式的數(shù)量減少的模式；以及輸出耦合器光纖布拉格光柵。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的特定實(shí)施例，提供了一種激光器。該激光器包括光栗浦源和光纖諧振器，該光纖諧振器耦合至該光栗浦源，并且該光纖諧振器包括高反射率光纖布拉格光柵、多模光纖增益區(qū)、栗浦反射器光纖布拉格光柵;能夠操作用于支持單個(gè)模式的模式轉(zhuǎn)換器以及單模輸出親合器光纖布拉格光柵。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的另一特定實(shí)施例，提供了一種光纖拉曼激光器。該激光器包括:二極管激光器栗浦源，具有非對(duì)稱的光束輪廓;栗浦傳送光纖，耦合至二極管激光器栗浦源并且具有第一纖芯直徑和第一光學(xué)擴(kuò)展量；以及拉曼諧振器光纖，具有非對(duì)稱的纖芯并且耦合至栗浦傳送光纖。栗浦傳送光纖可以具有非對(duì)稱的纖芯。
[0010]多模拉曼諧振器光纖具有小于第一纖芯直徑的第二纖芯直徑和大于或等于第一光學(xué)擴(kuò)展量的第二光學(xué)擴(kuò)展量。多模拉曼諧振器光纖還可以包括:高反射率光纖布拉格光柵;多模光纖增益區(qū)，能夠操作用于支持預(yù)定數(shù)量的模式;栗浦反射器光纖布拉格光柵;模式轉(zhuǎn)換器，能夠操作用于支持單個(gè)模式；以及輸出親合器光纖布拉格光柵。
[0011]通過本發(fā)明來實(shí)現(xiàn)優(yōu)于傳統(tǒng)技術(shù)的許多益處。例如，本發(fā)明的實(shí)施例提供了增大光纖增益區(qū)中的栗浦強(qiáng)度的方法和系統(tǒng)。其他實(shí)施例在利用多模光纖增益區(qū)的同時(shí)提供了單空間模式輸出。結(jié)合下面的文本和附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明的這些實(shí)施例和其他實(shí)施例連同本發(fā)明的許多優(yōu)點(diǎn)和特征。
【附圖說明】
[0012]圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的激光放大器的簡(jiǎn)化示意圖。
[0013]圖2是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的激光器的簡(jiǎn)化示意圖。
[0014]圖3是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的具有集成的模式轉(zhuǎn)換器的激光器的簡(jiǎn)化示意圖。
[0015]圖4是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的具有集成的模式轉(zhuǎn)換器的激光器的簡(jiǎn)化示意圖。
[0016]圖5是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的光纖耦合幾何結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的激光器的簡(jiǎn)化示意圖。如圖1所示通過栗浦傳送光纖101來傳送通常來自激光源并且以栗浦波長(zhǎng)(λρ)為特征的栗浦光102，并且使用光耦合器104將栗浦光102發(fā)射到多模光纖(MMF)108中。栗浦光102可以由高功率多模半導(dǎo)體激光器、半導(dǎo)體激光器陣列等來提供。因此，栗浦激光器通常不是空間相干源并且可以具有比預(yù)定值大的光譜線寬。在實(shí)施例中，栗浦傳送光纖101通過發(fā)射孔徑(emiss1n aperture)來提供栗浦光，該發(fā)射孔徑可以與栗浦傳送光纖的纖芯直徑對(duì)應(yīng)。
[0018]栗浦光的波長(zhǎng)&將取決于MMF的特征，以便實(shí)現(xiàn)期望的拉曼增益。作為示例，如果MMF是石英光纖，貝Ij栗浦波長(zhǎng)的范圍可以在600nm到2μηι之間。在具體實(shí)施例中，800ηηι<λρ<980nm。作為另一示例，MMF可以是鍺娃酸鹽光纖(germanosilicate fiber)，鍺娃酸鹽光纖的特征在于高拉曼增益，并且可以利用范圍從400nm到2.5μπι的栗浦波長(zhǎng)。
[0019]在一些實(shí)施例中，使用由透鏡系統(tǒng)形成光耦合器104的自由空間耦合。在這些實(shí)施例中，光纖的數(shù)值孔徑(NA)可以與栗浦光源的NA相匹配，從而提高耦合效率，盡管這并不是本發(fā)明所必需的。在其他實(shí)施例中，光纖的NA可以大于本文所描述的栗浦光源的NA。
[0020]MMF 108可以具有取決于應(yīng)用的不同特性。作為示例，MMF可以是具有直徑大于或等于50μπι的纖芯并且NA為0.22的圓光纖，但這并非本發(fā)明所必需的。如關(guān)于圖5所描述的那樣，在本發(fā)明的范圍內(nèi)包括具有橢圓形纖芯或矩形纖芯的光纖、雙包層光纖等。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到許多變型、修改和替選。
[0021]如圖1所示，在MMF的輸入側(cè)使用斯托克斯高反射率(HR)光纖布拉格光柵(FBG)106，并且在MMF的輸出側(cè)使用斯托克斯輸出耦合器(OC)FBG 112。斯托克斯HR FBG 106和斯托克斯OC FBG 11 2在斯托克斯波長(zhǎng)(λη) ( ，拉曼下移波長(zhǎng)(Raman downshiftedwavelength))處是反射的，并且形成用于生成在斯托克斯波長(zhǎng)(λη)處的斯托克斯輸出114的諧振腔。在一些實(shí)現(xiàn)方式中，斯托克斯HR FBG 106和斯托克斯OC FBG 112在光譜上和模式上為窄帶的。
[0022]在一些實(shí)現(xiàn)方式中，為了將栗浦波長(zhǎng)λρ處的栗浦光反射回到MMF108中以更高效率地使栗浦光兩次通過MMF，將栗浦高反射率(HR)FBG 110集成到光纖中。HR FBG 110在一些實(shí)現(xiàn)方式中在光譜上和模式上為寬帶的，并且以在栗浦波長(zhǎng)λΡ處的高反射率為特征。由如圖1所示的該激光器產(chǎn)生相對(duì)于輸入光下移約14THZ的斯托克斯輸出114(例如，針對(duì)808nm處的輸入的837nm輸出)。如本文所描述的，斯托克斯輸出114的光束質(zhì)量比栗浦光102的光束質(zhì)量更好。雖然斯托克斯輸出114可以不是單模的，但同與栗浦光102相關(guān)聯(lián)的多模輸入相比，斯托克斯輸出114的模式數(shù)量更少。因此，由本發(fā)明所提供的光束質(zhì)量改進(jìn)使得圖1所示的系統(tǒng)能夠以具有比栗浦光102的光學(xué)擴(kuò)展量小的光學(xué)擴(kuò)展量的斯托克斯輸出114為特征。
[0023]發(fā)明人已確定，在一些實(shí)現(xiàn)方式中，圖1所示的系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率會(huì)受到MMF的纖芯大小的影響。作為示例，如果纖芯大小被增大到與二極管栗浦相匹配，則這可能導(dǎo)致MMF的強(qiáng)度變低并且導(dǎo)致光纖長(zhǎng)度變長(zhǎng)。由于光纖具有傳輸損耗并且非線性拉曼過程取決于光強(qiáng)，所以這會(huì)不利地影響裝置性能。
[0024]此外，發(fā)明人已確定，由于通常不存在現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)(in-situ monitoring)技術(shù)，所以窄帶多模FBG可能難以制造。
[0025]再次參照?qǐng)D1，本發(fā)明的實(shí)施例利用以下配置，在該配置中，在增大NA的同時(shí)，減小MMF 108的纖芯直徑，從而當(dāng)纖芯直徑與NA的乘積固定時(shí)，產(chǎn)生對(duì)于激光器相同的光學(xué)擴(kuò)展量(即，光纖的纖芯直徑與NA的乘積)。作為示例，MMF的纖芯直徑可以是25μπι并且NA可以是
0.44。該設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了在MMF中的更高強(qiáng)度和更好的拉曼轉(zhuǎn)換以及針對(duì)激光器操作的更高效率。換言之，本發(fā)明的實(shí)施例通過在保持相同的光功率時(shí)使得MMF的NA增大來減小輸出光束大小。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，拉曼諧振器具有大于或等于栗浦光的光學(xué)擴(kuò)展量的光學(xué)擴(kuò)展量，例如將栗浦光傳送至光耦合器104的傳送光纖的光學(xué)擴(kuò)展量。這些實(shí)施例在將光從傳送光纖耦合至MMF時(shí)匹配光學(xué)擴(kuò)展量或增大光學(xué)擴(kuò)展量。作為示例，如果使用ΙΟΟμπι纖芯的傳送光纖來傳送栗浦光，則MMF可以具有50μπι的纖芯直徑(S卩，MMF將具有為傳送光纖的NA的兩倍的NAhMMF中的栗浦強(qiáng)度增大了四倍，從而導(dǎo)致拉曼效率更高。其他實(shí)施例不對(duì)傳送光纖的光學(xué)擴(kuò)展量和MMF的光學(xué)擴(kuò)展量進(jìn)行匹配。作為示例，如果與傳送光纖的纖芯直徑相比MMF的纖芯直徑減小了兩倍，但MMF的NA僅增大了 1.5倍，則由于光學(xué)擴(kuò)展量的不匹配MMF的功率將減小，但在該示例中MMF的纖芯中的顯著的強(qiáng)度增強(qiáng)會(huì)提高拉曼效率，其中，由于MMF中的栗浦強(qiáng)度以及對(duì)應(yīng)的拉曼效率增大，MMF的光學(xué)擴(kuò)展量大于傳送光纖的光學(xué)擴(kuò)展量，而不相等。在具體實(shí)施例中，栗浦傳送光纖為具有10ym的纖芯和0.22的NA的光纖，而MMF為具有50μπι的纖芯和0.29的NA的光纖。
[0027]高NA光纖可以是聚合物包層石英、石英PCF(光子晶體光纖)、多成分硅酸鹽/磷酸鹽、鍺硅酸鹽等?？梢允褂米杂煽臻g傳輸或者利用光纖耦合器將栗浦光發(fā)射到MMF中。
[0028]圖2是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的激光器的簡(jiǎn)化示意圖。如圖2所示，使用栗浦傳送光纖216和作為光耦合器的絕熱錐形光纖204將栗浦光202發(fā)射到MMF 208中。以與圖1的方式類似的方式，圖2所示的實(shí)施例在MMF 208的輸入側(cè)利用斯托克斯高反射率(HR)光纖布拉格光柵(FBG) 206并且在MMF的輸出側(cè)利用斯托克斯輸出耦合器(OC)FBG 212，以形成斯托克斯諧振器。為了將栗浦光反射回到MMF 208中以第二次通過，在一些實(shí)現(xiàn)方式中，將高反射率(HR)FBG 210集成到光纖中。關(guān)于圖1所提供的描述適當(dāng)?shù)剡m用于圖2。圖1所示的該激光器產(chǎn)生斯托克斯輸出214。
[0029]如圖2所示，用作光耦合器的全光纖耦合器使用絕熱錐形光纖204將栗浦光202發(fā)射到MMF中。圖2所示的系統(tǒng)中的元件的示例尺寸為:栗浦傳送光纖216具有50μπι的纖芯直徑以及NA = 0.22;MMF 208具有25μπι的纖芯直徑以及NA = 0.44;以及從50μπι逐漸變細(xì)到25μπι的絕熱錐形光纖的NA = 0.44。當(dāng)然，這些特定尺寸和特定值僅僅是示例性的并且不意在限制本發(fā)明的實(shí)施例。
[0030]圖3是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的具有集成的模式轉(zhuǎn)換器的激光器的簡(jiǎn)化示意圖。該激光器包括圖1和圖2中的一些元件，并且關(guān)于這些圖所提供的描述適當(dāng)?shù)剡m用。參照?qǐng)D3，該激光器包括MMF 308、斯托克斯HR FBG 306、斯托克斯OC FBG 312，以及在一些實(shí)現(xiàn)方式中，包括栗浦HR FBG 310。示出了輸入栗浦光302和斯托克斯激光器輸出314。在可選的栗浦HR FBG 310與斯托克斯OC FBG 312之間設(shè)置有絕熱錐形模式轉(zhuǎn)換器320。在一些實(shí)施例中，栗浦HR FBG 310和在栗浦HR FBG 310下游的長(zhǎng)度短的光纖的存在導(dǎo)致在絕熱錐形模式轉(zhuǎn)換器320或斯托克斯OC FBG 312中不存在大數(shù)量的拉曼增益。因此，在圖3所示的實(shí)施例中，絕熱錐形模式轉(zhuǎn)換器320和斯托克斯OC FBG 312包括具有很小拉曼增益乃至沒有拉曼增益的非栗浦區(qū)。
[0031]在圖1所示的實(shí)施例中，F(xiàn)BG在多模光纖中。在圖3中，在MMF 308的輸出側(cè)處，斯托克斯光基本上是單模的。因此，可以利用絕熱的朝向SMF(單模光纖)FBG逐漸變細(xì)的錐體。通過提供該絕熱的逐漸變細(xì)的錐體，大大簡(jiǎn)化了斯托克斯HR FBG 306和可選的栗浦HR FBG310的制造，這是因?yàn)檫@些元件可以是寬帶的，并且與窄帶FBG相比更容易制造，而窄帶FBG由于模式加擾(mode scrambling)而缺少原位測(cè)量技術(shù)從而難以制造?？梢詫⑺雇锌怂筄CFBG 312制造到單模光纖或少模光纖(S卩，大大少于MMF 308的多模)中，該單模光纖或少模光纖支持與MMF 308的模式數(shù)量相比數(shù)量減少的模式。因此，在一些實(shí)現(xiàn)方式中，來自斯托克斯OC FBG 312的輸出可以是單模的。在一些實(shí)施例中，斯托克斯OC FBG 312被拉伸以為了模式/增益最優(yōu)化而允許進(jìn)行光譜調(diào)諧。該方法在大纖芯MMF實(shí)施例中會(huì)尤其有用，這是因?yàn)閺乃雇锌怂筄C FBG 312反射的斯托克斯光是單模的或者具有數(shù)量減少的模式，從而改進(jìn)了斯托克斯激光器輸出的光束質(zhì)量。
[0032]圖4是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的具有集成的模式轉(zhuǎn)換器的激光器的簡(jiǎn)化示意圖。圖4所示的激光器組合了圖2和圖3中的元件，S卩，栗浦傳送光纖416和絕熱錐形光纖418以及絕熱錐形模式轉(zhuǎn)換器420。與圖2和圖3所示的元件相關(guān)的討論適當(dāng)?shù)剡m用于圖4。
[0033]應(yīng)當(dāng)注意的是，可以對(duì)圖1至圖4所示的各種部件的組合進(jìn)行組合，例如，將圖2所示的在輸入側(cè)的絕熱錐體與圖4所示的在輸出側(cè)的絕熱錐體進(jìn)行組合。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到許多變型、修改和替選。
[0034]在一些光纖耦合設(shè)計(jì)中，下述二極管激光器的光束輪廓不能很好地與光纖相匹配，該二極管激光器的光束輪廓通常是矩形的，其中，在一個(gè)方向(橫向)上具有較高光束質(zhì)量和大的發(fā)散度(divergence)而在第二方向(側(cè)向)上具有較差光束質(zhì)量和低的發(fā)散度。由于封裝彎曲和不均勻性，光束擴(kuò)展以填充2D光纖光學(xué)擴(kuò)展量(寬度X發(fā)散度)。因此，傳統(tǒng)的光纖耦合二極管會(huì)具有比源二極管(source d1de)的亮度顯著小的亮度。
[0035]圖5是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的光纖耦合幾何結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化示意圖。如圖5所示，二極管激光器515提供了生成以下激光束的輸出輪廓530，該激光束在一個(gè)方向(橫向)上具有很寬的發(fā)散光束而在第二方向(側(cè)向)上具有低發(fā)散度光束。光耦合器504將激光束耦合到包括外包層508a和內(nèi)纖芯508b的光纖508中，在內(nèi)纖芯508b處，激光束具有輸入輪廓532。因此，光纖508在每個(gè)方向上獨(dú)立地匹配二極管栗浦光學(xué)擴(kuò)展量。對(duì)于單發(fā)射器二極管(例如，低于20W)而言，該配置會(huì)是尤其有用的。應(yīng)當(dāng)注意的是，該配置使用本文所描述的纖芯較小且纖芯為圓形的MMF來提供同樣可利用的益處。在一些實(shí)施例中，輸入輪廓532的面積小于輸出輪廓530的面積，從而增大了光纖508的強(qiáng)度，由此提高了拉曼轉(zhuǎn)換效率。
[0036]應(yīng)當(dāng)注意的是，雖然圖5示出了單個(gè)二極管激光器515，但是這并不是本發(fā)明必需的，并且可以用二極管激光器陣列、栗浦傳送光纖陣列等來替換單個(gè)二極管激光器515。圖5所圖示的實(shí)施例提供以下架構(gòu)，在該架構(gòu)中，光纖508中的光的二維光束橫截面比輸出輪廓530處的二維光束橫截面小，從而在光纖508中產(chǎn)生了大于或等于輸出輪廓530處的強(qiáng)度的強(qiáng)度。
[0037]在實(shí)施例中，圖5所示的輸出輪廓530的非對(duì)稱光束輪廓可以包括具有圓角的矩形輪廓，并且光纖508的非對(duì)稱纖芯可以包括具有圓角的矩形纖芯。作為另一示例，輸出輪廓530的非對(duì)稱光束輪廓可以包括橢圓形輪廓，而光纖508的非對(duì)稱纖芯可以包括橢圓形纖芯。
[0038]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，多模光纖拉曼激光器包括:栗浦源，能夠操作用于發(fā)射以栗浦波長(zhǎng)為中心的輻射光束;輸入耦合器，與栗浦源光學(xué)地對(duì)準(zhǔn)；以及多模光纖，能夠作為在比栗浦波長(zhǎng)大的發(fā)射波長(zhǎng)處諧振的光學(xué)諧振器進(jìn)行操作。在具體實(shí)施例中，多模光纖具有小于約ΙΟΟμπι的纖芯直徑和大于約0.2的數(shù)值孔徑，盡管這些值不是本發(fā)明必需的，并且在使用更高功率的栗浦的實(shí)現(xiàn)方式中不是必需的(例如，使用具有200μπι纖芯的光纖，多模光纖可以具有ΙΟμπι的纖芯和增大了兩倍的NA)。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到許多變型、修改和替選。
[0039]多模光纖包括輸入段和預(yù)定長(zhǎng)度的腔內(nèi)段(intracavitysect1n)，該輸入段與輸入耦合器光學(xué)地對(duì)準(zhǔn)并且包括以在發(fā)射波長(zhǎng)處的第一預(yù)定反射率為特征的第一光纖布拉格光柵。在存在由栗浦源在栗浦波長(zhǎng)處所發(fā)射的輻射的情況下，腔內(nèi)段經(jīng)受受激拉曼散射(SRS)過程，從而使得在發(fā)射波長(zhǎng)處能夠生成功率。該激光器還包括輸出段和輸出耦合器，該輸出段包括以在發(fā)射波長(zhǎng)處的第二預(yù)定反射率為特征的第二光纖布拉格光柵，以及該輸出耦合器與多模光纖的輸出段光學(xué)地對(duì)準(zhǔn)并且被配置成提供在發(fā)射波長(zhǎng)處的激光器輸出。
[0040]在實(shí)施例中，輸入耦合器包括聚焦元件，該聚焦元件被配置成將由栗浦源所發(fā)射的輻射耦合到多模光纖的輸入段中。輸入耦合器可以包括耦合至栗浦源的輸出的傳送光纖。傳送光纖可以具有比多模光纖的纖芯直徑大的纖芯直徑。輸入耦合器還可以包括錐形光纖，該錐形光纖具有耦合至傳送光纖的輸入端和耦合至多模光纖的輸入段的輸出端。錐形光纖被配置成將由栗浦源所發(fā)射的輻射絕熱地從傳送光纖傳輸至多模光纖。
[0041]多模光纖的輸出段還可以包括以栗浦波長(zhǎng)處的第三預(yù)定反射率為特征的第三光纖布拉格光柵。多模光纖可以包括聚合物包層石英光纖、石英光子晶體光纖、多成分娃酸鹽光纖或多成分磷酸鹽光纖中的至少一個(gè)。栗浦源在一些實(shí)現(xiàn)方式中為半導(dǎo)體二極管激光器或在另一實(shí)現(xiàn)方式中為半導(dǎo)體二極管激光器陣列。
[0042]根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，提供了一種激光器。該激光器包括:栗浦源，能夠操作用于發(fā)射以栗浦波長(zhǎng)為中心的輻射光束;輸入耦合器，該輸入耦合器與栗浦源光學(xué)地對(duì)準(zhǔn)；以及第一光纖，能夠作為在比栗浦波長(zhǎng)大的發(fā)射波長(zhǎng)處諧振的光學(xué)諧振器進(jìn)行操作。該激光器還包括與輸入親合器光學(xué)地對(duì)準(zhǔn)并且具有第一纖芯直徑的輸入段。該輸入段包括以發(fā)射波長(zhǎng)處的第一預(yù)定反射率為特征的第一光纖布拉格光柵。該激光器還包括預(yù)定長(zhǎng)度的腔內(nèi)段以及包括第一分段、第二分段和第三分段的輸出段，該腔內(nèi)段光學(xué)地耦合至輸入段并且具有基本上等于第一纖芯直徑的纖芯直徑，其中，該腔內(nèi)段在存在由栗浦源在栗浦波長(zhǎng)處所發(fā)射的輻射的情況下經(jīng)受受激拉曼散射(SRS)過程，從而使得在發(fā)射波長(zhǎng)處能夠生成功率。在實(shí)施例中，第一分段光學(xué)地耦合至腔內(nèi)段并且具有基本上等于第一纖芯直徑的纖芯直徑，并且第一分段包括以栗浦波長(zhǎng)處的第二預(yù)定反射率為特征的第二光纖布拉格光柵。在實(shí)施例中，第三分段具有比第一纖芯直徑小的第二纖芯直徑并且包括以發(fā)射波長(zhǎng)處的第三預(yù)定反射率為特征的第三光纖布拉格光柵。在實(shí)施例中，第二分段具有被配置成絕熱地將發(fā)射波長(zhǎng)處的輻射從第一分段傳輸至第三分段的錐形纖芯直徑。激光器還包括輸出耦合器，該輸出耦合器光學(xué)地耦合至第一光纖的輸出段并且被配置成提供發(fā)射波長(zhǎng)處的激光器輸出。
[0043]第一光纖的輸出段的第三分段可以包括單模光纖。輸入耦合器可以包括聚焦元件，該聚焦元件被配置成將由栗浦源所發(fā)射的輻射耦合到第一光纖的輸入段中。輸入耦合器可以包括耦合至栗浦源的輸出的第二光纖，其中，第二光纖具有比第一纖芯直徑大的纖芯直徑。第三光纖在一端處耦合至第二光纖并且在相對(duì)端處耦合至第一光纖的輸入段，其中，第三光纖具有錐形纖芯直徑，該錐形纖芯直徑被配置成將由栗浦源所發(fā)射的輻射絕熱地從第二光纖傳輸至第一光纖的輸入段。
[0044]作為示例，第一光纖的輸入段可以具有大于約0.4的數(shù)值孔徑，并且該輸入段的第一纖芯直徑可以小于約30微米。第二光纖可以具有比約0.3小的數(shù)值孔徑，并且第二光纖的纖芯直徑可以大于約40微米。第一光纖的輸入段和腔內(nèi)段中的每一個(gè)可以包括聚合物包層石英光纖、石英光子晶體光纖、多成分娃酸鹽光纖或多成分磷酸鹽光纖之一。栗浦源可以包括半導(dǎo)體二極管激光器或半導(dǎo)體二極管激光器陣列。
[0045]根據(jù)本發(fā)明的特定實(shí)施例，提供了一種激光器。該激光器包括栗浦源，該栗浦源能夠操作用于發(fā)射以栗浦波長(zhǎng)為中心的輻射光束，其中，由栗浦源所發(fā)射的光束具有第一方向上的第一光學(xué)擴(kuò)展量以及基本上與第一方向正交的第二方向上的第二光學(xué)擴(kuò)展量，第一光學(xué)擴(kuò)展量不同于第二光學(xué)擴(kuò)展量。該激光器還包括輸入親合器和光纖，該輸入親合器與栗浦源光學(xué)地對(duì)準(zhǔn)，而該光纖能夠作為在比栗浦波長(zhǎng)大的發(fā)射波長(zhǎng)處諧振的光學(xué)諧振器進(jìn)行操作。該光纖的特征在于第一方向上的第三光學(xué)擴(kuò)展量以及第二方向上的第四光學(xué)擴(kuò)展量，該光纖的第三光學(xué)擴(kuò)展量與由栗浦源所發(fā)射的光束的第一光學(xué)擴(kuò)展量基本上相匹配，而該光纖的第四光學(xué)擴(kuò)展量與由栗浦源所發(fā)射的光束的第二光學(xué)擴(kuò)展量基本上匹配。該光纖包括:輸入段，與輸入耦合器光學(xué)地對(duì)準(zhǔn)并且包括以發(fā)射波長(zhǎng)處的第一預(yù)定反射率為特征的第一光纖布拉格光柵;預(yù)定長(zhǎng)度的腔內(nèi)段，其中，該腔內(nèi)段在存在由栗浦源在栗浦波長(zhǎng)處所發(fā)射的輻射的情況下經(jīng)受受激拉曼散射(SRS)過程，從而使得在發(fā)射波長(zhǎng)處能夠生成功率;輸出段，包括以發(fā)射波長(zhǎng)處的第二預(yù)定反射率為特征的第二光纖布拉格光柵；以及輸出耦合器，與該光纖的輸出段光學(xué)地對(duì)準(zhǔn)并且被配置成提供發(fā)射波長(zhǎng)處的激光器輸出。
[0046]輸入耦合器可以包括聚焦元件，該聚焦元件被配置成將由栗浦源所發(fā)射的輻射耦合到光纖的輸入段中。栗浦源可以包括半導(dǎo)體二極管激光器。在一些實(shí)施例中，光纖的輸出段還包括以栗浦波長(zhǎng)處的第三預(yù)定反射率為特征的第三光纖布拉格光柵。
[0047]還應(yīng)當(dāng)理解，本文所描述的示例和實(shí)施例僅用于說明性的目的，根據(jù)本領(lǐng)域的技術(shù)人員會(huì)想到本文所描述的示例和實(shí)施例的各種修改或改變并且這些修改或改變應(yīng)當(dāng)包括在本申請(qǐng)的精神和范圍內(nèi)以及所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種多模光纖拉曼激光器，包括: 栗浦源，具有發(fā)射面積和第一光學(xué)擴(kuò)展量；以及 多模拉曼諧振器光纖，耦合至所述栗浦源，其中，所述多模拉曼諧振器光纖具有大于或等于所述第一光學(xué)擴(kuò)展量的第二光學(xué)擴(kuò)展量。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多模光纖拉曼激光器，其中，所述栗浦源包括基本上等于所述發(fā)射面積的具有第一纖芯直徑的栗浦傳送光纖，并且所述多模拉曼諧振器光纖具有小于所述第一纖芯直徑的第二纖芯直徑。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多模光纖拉曼激光器，還包括光耦合器，所述光耦合器被設(shè)置在所述栗浦傳送光纖與所述多模拉曼諧振器光纖之間。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多模光纖拉曼激光器，其中，所述光耦合器包括絕熱錐形光纖。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多模光纖拉曼激光器，還包括: 多個(gè)栗浦源，所述多個(gè)栗浦源中的每個(gè)栗浦源耦合至多條栗浦光纖中的一條栗浦光纖，其中，所述多條栗浦光纖中的每條栗浦光纖具有比所述栗浦源中的每個(gè)栗浦源的纖芯小的纖芯以及大于或等于所述栗浦源中的每個(gè)栗浦源的光學(xué)擴(kuò)展量的光學(xué)擴(kuò)展量；以及 熔融光纖栗浦合束器模塊，耦合至所述多條栗浦光纖中的每條栗浦光纖并且耦合至所述栗浦傳送光纖。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多模光纖拉曼激光器，其中，所述栗浦傳送光纖具有大于0.12的數(shù)值孔徑。7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多模光纖拉曼激光器，其中，所述栗浦傳送光纖具有大于0.20的數(shù)值孔徑。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多模光纖拉曼激光器，其中，所述多模拉曼諧振器光纖包括鍺硅酸鹽光纖。9.一種多模光纖拉曼激光器，包括: 栗浦源，具有非對(duì)稱的光束輪廓；以及 多模拉曼諧振器光纖，光學(xué)地耦合至所述栗浦源，其中，所述多模拉曼諧振器光纖具有非對(duì)稱的纖芯。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的多模光纖拉曼激光器，其中，所述多模拉曼諧振器光纖的纖芯面積小于或等于所述栗浦源的發(fā)射面積。11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的多模光纖拉曼激光器，其中，所述栗浦源包括二極管激光器陣列或單個(gè)二極管激光器中的至少一個(gè)。12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的多模光纖拉曼激光器，其中，所述栗浦源包括一個(gè)或多個(gè)栗浦傳送光纖。13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的多模光纖拉曼激光器，其中，所述非對(duì)稱的光束輪廓包括矩形輪廓，并且所述非對(duì)稱的纖芯包括矩形纖芯。14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的多模光纖拉曼激光器，其中，所述二極管激光器栗浦源或所述多模拉曼諧振器光纖中的至少一個(gè)的特征在于縱橫比大于5。15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的多模光纖拉曼激光器，其中，所述二極管激光器栗浦源或所述多模拉曼諧振器光纖中的至少一個(gè)的特征在于縱橫比大于10。16.—種激光器，包括: 光栗浦源；以及 光纖諧振器，包括: 高反射率光纖布拉格光柵； 多模光纖增益區(qū)，能夠操作用于支持預(yù)定數(shù)量的模式； 模式轉(zhuǎn)換器，能夠操作用于支持小于或等于所述預(yù)定數(shù)量的模式的數(shù)量減少的模式；以及 輸出親合器光纖布拉格光柵。17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的激光器，其中，所述光纖諧振器還包括栗浦反射器光纖布拉格光柵。18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的激光器，其中，所述數(shù)量減少的模式為單個(gè)模式。19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的激光器，其中，所述輸出耦合器光纖布拉格光柵支持所述數(shù)量減少的模式。20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的激光器，其中，所述數(shù)量減少的模式為單個(gè)模式。
【文檔編號(hào)】H01S3/30GK105960743SQ201480062446
【公開日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2014年10月9日
【發(fā)明人】約翰·R·馬爾錢特
【申請(qǐng)人】拉姆光學(xué)有限責(zé)任公司