CN102576973A

CN102576973A - 具有用于1060nm的保护滤光器的高功率多芯片泵浦模块以及包括其的泵浦模块

Info

Publication number: CN102576973A
Application number: CN2010800121237A
Authority: CN
Inventors: B.瓦尔克
Original assignee: Oclaro Technology Ltd
Current assignee: Lumentum Technology UK Ltd
Priority date: 2009-01-19
Filing date: 2010-01-19
Publication date: 2012-07-11
Also published as: WO2010089638A2; US20120027043A1; WO2010089638A3

Abstract

一种多芯片泵浦单元，包括光源以及用于使来自光源的光朝向光学纤维定向的滤光器，其中滤光器呈现以下之一：（i）在光源的波长下的相对较低的透射率和相对较高的反射率，以及在大于光源的波长的波长下的相对较高的透射率和相对较低的反射率；或者（ii）在光源的波长下的相对较高的透射率和相对较低的反射率，以及在大于光源的波长的波长下的相对较低的透射率和相对较高的反射率。

Description

具有用于1060NM的保护滤光器的高功率多芯片泵浦模块以及包括其的泵浦模块

本申请要求2009年1月19日提交的美国临时申请No.61/145625的优先权，该申请的全部内容通过引用特别合并于此。

技术领域

本发明涉及用于泵激纤维激光器的高功率泵浦模块，并且更具体地涉及在其中使用的滤光器（filter）。

背景技术

高功率泵浦模块用于泵激纤维激光器。泵浦波长为910-980nm，而纤维激光器/放大器波长大于1000nm。在没有隔离的情况下，以向后方向行进的纤维激光器中的某些光可能进入泵浦模块，从而导致半导体芯片的损坏。

为了防止此损坏，一些公司将涂层应用于芯片前的纤维端（透镜纤维），或者在适当时应用于芯片与纤维端之间的聚焦光学器件以及纤维端自身这两者。此涂层透射900-1000nm的泵浦光，并且反射高于1000nm的向后行进的光。此保护方案的缺点是由这样的从泵浦模块反射回的光在纤维激光器或者放大器中造成的失真。

参照2008年3月28日提交的美国专利申请No.12/058459，其描述了现有的多芯片泵浦模块结构。

发明内容

本发明提供对泵浦模块中的半导体芯片的保护以防朝向半导体芯片行进的光脉冲。在本发明中，泵浦模块中的滤光器涂覆有介电膜和/或包括将泵浦光反射到纤维中并且透射从系统侧进入软导线纤维的光的多个层。此光击中外壳壁或者吸收器，并且被消除。

高于1000nm（例如1060nm）的光被透射通过滤光器，并且击中壁，在此处光的一部分被吸收，并且一部分被反射和散焦。反射回的能量被转换为热，其经由模块被安装在其上的散热器来移除。

泵浦模块在操作中更可靠并且鲁棒，并且同时放大器被保护以防由泵浦模块反射回到放大器中的高于1000nm（例如1060nm）的光。这对于放大器或者纤维激光器的脉冲操作来说尤其重要。

为了实现上述以及相关目标，本发明于是包括在下文中充分描述并且在权利要求中特别指出的特征。下面的描述和附图详细地阐述了本发明的特定例示的实施例。但是，这些实施例仅指示其中可以利用本发明的原理的各种方式中的一些。在结合附图考虑时，本发明的其它目的、优点和新颖的特征将根据本发明的以下具体实施方式而变得显而易见。

应当强调：术语“包括/包含”当在本说明书中使用时被当作指定存在所述的特征、整体、步骤或者组件，但不排除存在或者增加一个或者多个其它的特征、整体、步骤、组件或者它们的组。

附图说明

图1是根据本发明的实施例的合并滤光器的多芯片泵浦模块的示意图示；

图2和图3分别表示了根据本发明的实施例的每个滤光器相对于波长的透射率和反射率；以及

图4是根据本发明的另一个实施例的合并滤光器的多芯片泵浦模块的示意图示。

具体实施方式

根据本发明的泵浦模块使用一个或者多个滤光器，所述滤光器反射泵浦光，以用于耦合到纤维软导线中，同时透射从纤维进入模块的大于1000nm波长的光。这样，进入模块的光不能到达芯片从而导致任何损坏。

参照图1，示出了根据本发明的实施例的多芯片泵浦模块。该模块包括多个激光二极管1，例如GaAs激光二极管，以用于提供适当的泵激功率。在示例实施例中，多芯片泵浦模块包括三个激光二极管1，但在不偏离本发明的范围的情况下，模块可以合并任何不同数量的激光二极管（或者其它类型的光源）。

每个激光二极管1发射具有波段750nm至1000nm、更优选地例如波段915nm至980nm中的波长的光。从每个激光二极管1发射的光在入射到对应的反射滤光器4之前，通过对应的快光轴透镜2以及慢光轴透镜3。如下面更详细地描述的，每个反射滤光器4包括多个层、和/或使得滤光器4能够基本上反射750nm至1000nm、更优选地是910nm至980nm的入射光并且能够基本上透射大于1000nm的光的膜或者涂层。

每个滤光器4沿着对应的激光二极管1的光轴（例如以45度）定位，以使得来自每个激光二极管1的光最终沿着如图1所示的光程Y组合。组合的光束入射在反射滤光器5上，其也被取向为例如相对于光程Y 45度。反射滤光器5使组合的光束沿着光程Z重新定向，以通过聚焦透镜6并且进入要被泵激的光学纤维7。在构造上类似于每个滤光器4，反射滤光器5基本上反射750nm至1000nm、更优选地是910nm至980nm的入射光，并且基本上透射大于1000nm的波长的光。

如上面提及的，不期望大于1000nm的波长的光从纤维7进入泵浦模块。具体地，重要的是：避免这种光到达激光二极管并且损坏构成这种二极管的半导体芯片。

在本发明中，反射滤光器4和反射滤光器5包括多个层、和/或下述这样的光学膜或涂层：其使得滤光器基本上相对于具有750nm至1000nm之间、更优选地是910nm至980nm之间的波长的光是反射的，并且基本上相对于大于1000nm的波长的光是透射的。如果大于1000nm的波长的光从纤维7沿着光程Z进入泵浦模块，则光将入射到反射滤光器5上。由于反射滤光器5基本上相对于大于1000nm的波长的光是透射的，因此光将基本上通过反射滤光器5，在反射滤光器5中，光可以沿着光程Z被吸收器（未示出）吸收。

由于反射滤光器5相对于大于1000nm的波长的光可能不是100%透射的，因此小部分的光可能被反射滤光器5沿着光轴Y反射回去。然而，这种光然后将入射在与反射滤光器5相邻的反射滤光器4上。再一次，由于反射滤光器4基本上对于大于1000nm的波长的光是透射的，因此，大多数任何大于1000nm的剩余的光将被沿着光程Y透射通过每个反射滤光器4，在其中，任何另外的剩余的光可以最终被吸收器（未示出）吸收。就反射滤光器4相对于大于1000nm的光可能不是100%透射的程度来说，任何最终被朝向激光二极管1反射回的残余的光将是额定的。

图2和图3图示了根据示例实施例，反射滤光器4和5的透射率和反射率分别相对于波长如何变化。

关于反射滤光器4和5，这些滤光器被配置为对于大于1000nm的波长呈现高透射率，并且相对于750nm至1000nm之间、更优选地是910nm至980nm之间的波长呈现高反射率，如之前所提到的。

根据示例实施例，图1中所示的滤光器4和5被设计为使边缘分光和通带波纹最小化，同时使阻带反射率和通带透射比最大化。每个滤光器是全电介质的，其配置有交替的高指数（index）材料（五氧化二钽）和低指数材料（二氧化硅）的层。每个层的厚度是设计波长的四分之一波长，除了那些与入射介质相邻的层之外。与入射介质相邻的层被调节为使通带透射比最大化并且使波纹最小化。如这里所指的，“指数”指本领域普通技术人员所理解的折射指数。

在示例实施例中，每个滤光器4和5的构造是具有高指数间隔（spacer）（腔—多个半波层）的级联的Fabry-Perot类型。选择高指数间隔的原因是在滤光器被用于非准直光（即，倾斜入射，半锥角等等）时使光谱蓝移最小化。选择高指数间隔的另一个原因是：层的度量厚度小于低指数间隔的度量厚度。使用夹在低指数层之间的高指数间隔（或者反之亦然）的最重要的原因是便于边缘调谐。通过操纵间隔顺序，两个平面的频带边缘被平移（一个平面比另一个平面移动地更快）。边缘配准的代价是阻带减少，因此必须作出折衷以实现足够的阻带和通带宽度两者。

级联Fabry-Perot增加阻带反射率和边缘陡度。滤光器构造的示意性表示是：

基底

四分之一波长匹配层

(HL) mHH (LH) L

[(HL) m'HH (LH) L]P

(HL) mHH (LH) L

非四分之一波长匹配层

入射介质

其中P = Fabry-Perot的重复的数量

m = 间隔顺序 = 1，2，3...

m' = 间隔不需要以相同的顺序

其中H和L分别指定高和低指数四分之一波长层。

现在参照图4，示出了根据本发明另一个实施例的泵浦模块。在此特定实施例中，激光二极管1、快光轴透镜2、慢光轴透镜3、以及对应的反射滤光器4的布置和构造与上面关于图1的实施例描述的是相同的。因此，为了简洁起见，这里将仅讨论图1和图4的实施例之间的主要区别。

此特定实施例中的反射滤光器5与图1的实施例不同之处在于：反射滤光器5被设计为基本上透射750nm至1000nm、更优选地是910nm至980nm的光，并且基本上反射大于1000nm的光。如图4所示，滤光器5被放置在光程Y上，沿着该光程Y，来自激光二极管1的光束被组合。组合的光束入射在反射滤光器5上，该反射滤光器5在示例实施例中优选地以距相对于光程Y的法线大约8度的角度取向。

由于反射滤光器5基本上透射750nm至1000nm、更优选地是910nm至980nm的来自激光二极管的光，因此，光束通过滤光器5并且由透镜6聚焦进入纤维端7中。注意：在此实施例中，透镜6和纤维端7也沿着光程Y定位。

如果大于1000nm的波长的光沿着光程Y从进入纤维7进入泵浦模块，则光将入射到反射滤光器5上。由于反射滤光器5基本上相对于大于1000nm的波长的光是反射的，因此光将基本上被反射纤维5反射。因此，大于1000nm的波长的光被定向离开滤光器4和激光二极管1。另外，由于滤光器5被定位于相对于法线的很小的角度（例如8度），因此有可能避免反射回到纤维端7中。代之，光可以被定向成光程Y以上朝向光吸收器等（未示出）很小的角度。

由此，在图4的实施例中，在法线入射附近使用滤光器5。此清除滤光器被设计为以高效率来透射（通带）泵浦波长，并且以高效率来反射（阻带）激光波长。滤光器5提供分开4%的波长之间的大于35dB的隔离。根据示例构造的滤光器是全电介质的，其配置有交替的高（H：五氧化二钽）和低（L：二氧化硅）指数材料的层。每个层的厚度是设计波长的四分之一波长，除了与入射介质相邻的那些层之外。滤光器构造的示意表示是：

基底

四分之一波长匹配层

(.5L H .5L)P

非四分之一波长匹配层

入射介质

其中P = 基本周期的重复的数量

H和L分别指定高和低指数四分之一波长层。

通常，随着基本周期的重复的数量增加，阻带反射比增加。增加的P的一个结果是通带中增加的二次反射比最大值（大量的波纹）。与框架介质（基底和入射介质）相邻的辅助匹配层被用于使此效应最小化。

这里描述的保护技术的效率通过将Q开关激光（λ=1060nm，重复速率=110Hz，脉冲宽度=125ns）的发射耦合到泵浦模块的纤维中来调查研究。测试以每个脉冲功率执行5秒。即使在利用4.2kW的峰值功率来照射之后，模块也未表现出损坏或者恶化的迹象。

尽管已经相对于特定的优选实施例示出和描述了本发明，但是明显的是：根据对于说明书的阅读和理解，对于本领域技术人员来说将存在等效方案和修改。例如，这里描述的滤光器4和5不限于所标识的涂层材料的选择。在不偏离本发明的范围的情况下，可以使用其它的膜形成材料来实现期望的效果。例如，可以使用不同的材料、不同数量的材料、不同数量的层等等。本领域普通技术人员将基于这里的公开来认识到可以利用的各种类型和设计的滤光器。

另外，尽管这里在900-1000nm的范围内的泵浦光的背景下描述了本发明，但是将认识到：本发明在其他范围中具有适用性，并且在最广义上不限于特定的波长范围。激光源和滤光器的性质被相应地调节。

本发明包括所有这样的等效物和修改，并且仅由以下的权利要求的范围限制。

Claims

1.一种多芯片泵浦单元，包括：

光源；以及

滤光器，用于使来自光源的光朝向光学纤维定向，

其中滤光器呈现以下之一：（i）在光源的波长下的相对较低的透射率和相对较高的反射率，以及在大于光源的波长的波长下的相对较高的透射率和相对较低的反射率；或者（ii）在光源的波长下的相对较高的透射率和相对较低的反射率，以及在大于光源的波长的波长下的相对较低的透射率和相对较高的反射率。

2.如权利要求1所述的多芯片泵浦单元，其中滤光器在光源的波长下呈现相对较低的透射率和相对较高的反射率，以及在大于光源的波长的波长下呈现相对较高的透射率和相对较低的反射率。

3.如权利要求1所述的多芯片泵浦单元，其中滤光器在光源的波长下呈现相对较高的透射率和相对较低的反射率，以及在大于光源的波长的波长下呈现相对较低的透射率和相对较高的反射率。

4.根据权利要求1-3中的任一项所述的多芯片泵浦单元，其中滤光器包括交替的高指数和低指数材料的层。

5.根据权利要求4所述的多芯片泵浦单元，其中高指数层包括五氧化二钽。

6.根据权利要求4-5中的任一项所述的多芯片泵浦单元，其中低指数层包括二氧化硅。

7.根据权利要求4-6中的任一项所述的多芯片泵浦单元，其中多个交替的层的厚度是光源的波长的四分之一波长。

8.根据权利要求4-7中的任一项所述的多芯片泵浦单元，其中与滤光器的入射层相邻的多个交替的层的厚度是光源的波长的非四分之一波长。

9.根据权利要求4-8中的任一项所述的多芯片泵浦单元，其中滤光器是具有高指数间隔的级联的Fabry-Perot类型。

10.根据权利要求1-9中的任一项所述的多芯片泵浦单元，其中光源的波长是750nm至1000nm，更优选地是910nm至980nm。

11.根据权利要求1-10中的任一项所述的多芯片泵浦单元，其中大于光源的波长的波长大于1000nm。

12.根据权利要求1-11中的任一项所述多芯片泵浦单元，还包括第二滤光器，用于使来自光源的光朝向滤光器定向。

13.根据权利要求12所述的多芯片泵浦单元，其中第二滤光器在光源的波长下呈现相对较低的透射率和相对较高的反射率，以及在大于光源的波长的波长下呈现相对较高的透射率和相对较低的反射率。

14.根据权利要求1-13中的任一项所述的多芯片泵浦单元，其中具有大于光源的波长的波长的光的方向与来自光源的光的方向相反。

15.一种使用多芯片泵浦模块来泵激纤维激光器的方法，包括：

从光源发射光；以及

使用滤光器使来自光源的光朝向光学纤维定向，所述滤光器呈现以下之一：（i）在光源的波长下的相对较低的透射率和相对较高的反射率，以及在大于光源的波长的波长下的相对较高的透射率和相对较低的反射率；或者（ii）在光源的波长下的相对较高的透射率和相对较低的反射率，以及在大于光源的波长的波长下的相对较低的透射率和相对较高的反射率。

16.根据权利要求15所述的方法，其中滤光器在光源的波长下呈现相对较低的透射率和相对较高的反射率，以及在大于光源的波长的波长下呈现相对较高的透射率和相对较低的反射率。

17.根据权利要求15所述的方法，其中滤光器在光源的波长下呈现相对较高的透射率和相对较低的反射率，以及在大于光源的波长的波长下呈现相对较低的透射率和相对较高的反射率。

18.根据权利要求15-17中的任一项所述的方法，还包括使用第二滤光器来使来自光源的光朝向滤光器定向。

19.根据权利要求15-18中的任一项所述的方法，其中光源的波长是750nm至1000nm，更优选地是910nm至980nm。

20.根据权利要求15-19中的任一项所述的方法，其中大于光源的波长的波长大于1000nm。