CN102687353B - 高功率钕光纤激光器和放大器 - Google Patents

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Abstract

提供了一种光纤块，所述光纤块被构造为具有包括Nd掺杂有源光纤和泵浦光输送光纤的光纤块，所述输送光纤具有以并排构造沿着有源光纤延伸的延伸部，从而将泵浦光发射到所述有源光纤的Nd掺杂芯体中。有源光纤的芯体由至少一个或多个包覆层围绕，所述包覆层与芯体相似，具有双瓶颈形截面，双瓶颈形截面具有相对大面积的中心区域和相对小的输入和输出区域。泵浦光输送光纤被构造为具有大致哑铃形截面，哑铃形截面具有与有源光纤的中心区域共同延伸的相对小面积的中心区域。有源光纤的尺寸设计为使得有源光纤的总长度被构造为提供在900nm范围内的激光信号的最大放大率，同时将1060nm范围内的放大率限制为预设阈值。光纤块被进一步构造为使得在无源光纤的相对大面积的输出端区域中支撑的未被吸收的光的主要部分进一步用于泵浦相邻的光纤块。

Description

高功率钕光纤激光器和放大器
技术领域
本公开涉及可操作以在主波长和寄生波长下发射辐射线的高功率光纤激光器系统(“HPFLS”)。更特别地，本公开涉及具有Nd掺杂光纤的增益块，所述增益块可操作以产生/放大期望波长下的辐射线，同时限制寄生波长下的增益，本公开还涉及所述增益块的应用。 
背景技术
近来已经加强了对在880-960nm的发光范围内发射光的光纤激光器系统的开发和功率标定，这是因为发现这些系统可应用于各种工业中。例如，这些系统可用作Yb掺杂型光纤激光器的有效泵。可选择地，这些光纤激光器系统用于实现二次谐波的产生，即，与双频产生相关的非线性光学过程，因此实现了半波长，即，450-470nm。在该范围内工作的激光器系统被称为“蓝色”激光器。 
公知的是，与880-960nm的发光波谱范围相对应的钕离子的4F3/2-4I9/2变换终止于接地状态。因此，在该波谱范围内的信号经过接地状态吸收，因此需要高粒子数反转来实现该波谱范围内的合理增益，使得在寄生的1060nm波长的周围具有极高的增益。两个最常见的方法通常用于解决该问题。 
一种已知的方法基于减少光纤中有源离子的浓度和有源光纤的长度。该方法的实现通常需要使用具有极大芯体直径的光纤，以便于泵浦辐射线的有效吸收。这反过来使得较高次模的增益的大幅度增加成为必需。应当注意的是，1060nm范围内的高寄生增益的效果和高次模放大率的增长彼此叠加并且使得对于1060nm的高次模增益灾难性增长。可以通过减小芯体/包覆层折射率差并且对于高次模甚至在长波长波谱范围内的基模引发弯曲损耗来克服这种限制。 
在实践中另一宽泛使用的方法基于通过使用w分布有源光纤在长波 长范围内抑制有源光纤的基模。通常，该方法需要使用极小的芯体直径的有源光纤。这使得使用具有合理泵浦吸收率所需的高浓度的有源离子以及因此使得能够达到数百dB的在1060nm波谱范围内的高寄生增益成为必需。这意味着，w分布有源光纤的抑制应当超过数百dB，这点极难实施或监控。除此之外，这种钕离子的这种高浓度将使得泵浦转换效率降低。除此之外，与小芯体直径相对应的模场直径的压缩将降低非线性现象的阈值。所有上述原因阻碍了900nm范围内的高性能和高功率钕光纤激光器的实现。 
总之，基于Nd掺杂光纤的增益块以各个信号波长和寄生波长处的放大率为特征。在900nm范围内信号波长处的增益的期望值处在1060nm范围内寄生波长处的增益为Nd掺杂光纤的总长度和有源离子的浓度的函数。通常，随着光纤长度和浓度的增加，寄生范围内的增益也增大，并且工作波长范围内的增益减小。 
在Nd掺杂光纤中的增益块中的泵浦吸收率也与Nd掺杂光纤的长度和有源离子的浓度成比例。因此，通过具有较大的长度和较高的Nd离子浓度来增加泵浦吸收率必然地使得寄生放大率增长和工作波长下的增益的减小。 
因此，对于在不需要增加掺杂剂浓度并增加有源光纤长度的情况下来提高泵浦光吸收率基于Nd掺杂光纤的增益块以及制造所述增益块的方法存在需求。 
另外，对于设置有钕光纤增益块的高性能和高功率光纤激光器系统存在需求。 
此外，对于基于用于产生增益块的辐射线的二次或更高次谐波的钕掺杂光纤增益块的光纤激光器系统存在需求。 
发明内容
所公开的Nd掺杂增益块的结构和在各个创造性光学方案中的块的应用满足了这些需求。所公开的增益块被构造为具有侧泵浦(“SP”)结构，所述SP结构包括沿着相应的相对侧边彼此光学耦合的固定长度的Nd掺杂有源光纤和无源泵浦输送光纤。SP结构被构造为具有有源光纤的芯体面 积Ac与总泵浦引导包覆层面积Aclad之间的高比率。所公知的是，比率越大，泵浦光吸收越高。因此，相应的有源光纤和输送光纤的结构提供了泵浦光的高效吸收以及在900nm范围内的期望波长处的高增益。同时，1060nm范围内的寄生增益不超过合理阈值。 
特别地，细长的有源光纤具有由两个间隔开的小面积端区域和大面积中心区域限定的双瓶颈形状，而输送光纤具有哑铃形状，所述哑铃形状具有在相对的大面积端区域之间延伸的小面积中心区域。各种光纤的中心区域被构造为使得芯体面积和总包覆层面积之间的比率被选择以允许增大泵浦光吸收率。因此，与上面讨论的技术不同的所公开的增益块和用于制造所述增益块的方法不必然地具有用于提高泵浦光吸收率的较大的光纤长度和较高的浓度。 
然而，即使芯体面积和总包覆层面积之间的比率增大，泵浦光的部分通常未被吸收并且因此未被充分利用。当然，后者降低了增益块的效率。因此，所公开的泵浦布置被构造为使得未吸收的泵浦光在首先通过芯体的中心吸收区之后被利用。所公开的泵浦布置中的一种被构造为将未被吸收的光返回到相同的吸收区域，但是沿着与最初的方向相反的方向。另一种结构提供了：在用于泵浦的情况下，将未被吸收的泵浦光引导到相邻的增益块。 
附图说明
上述和其它的特征以及优点将从下面的附图所伴随的具体描述中变得更加显而易见，其中： 
图1为公开的光纤块的示意图； 
图2为图1的光纤块的SP布置的一种结构； 
图3为图1的光纤块的有源光纤的改进结构； 
图4为图1的光纤块的SP布置的另一结构； 
图4A为图4的光纤块的另一种结构的示意图； 
图4B为图4的光纤块的又一种构造的视图； 
图5为公开的构造有图1的光纤增益块的内嵌式(in-line)光纤激光器系统的示意图； 
图6为公开的构造有图1的光纤块的高功率激光器系统的另一种结构的示意图； 
图7为图5和图6的激光器系统的输出信号的波谱； 
图8为公开的构造有图1-4的光纤块的蓝色激光器的示意图；以及 
图9为构造有图1-4的光纤块的具有泵的高功率光纤激光器系统的图解图。 
具体实施方式
现在将详细参照在附图中所示的本发明的多个实施方案。在附图和说明书中尽可能使用相同或相似的附图标记来指代相同或相似的部件或步骤。附图为简化的形式且不是精确的比例。用语“耦合”、“可操作地连接”以及类似术语不一定表示直接和紧接着的连接，而是包括通过中间元件或器件的连接。 
图1示意性地示出了光纤块10，光纤块10被构造为光纤放大器或光纤激光器并且包括波导。该波导例如被构造有多模(MM)、多包覆层有源光纤24。光纤块10还包括与有源光纤24的相应相对端部毗邻拼接的输入无源单模(SM)光纤14和输出无源单模光纤16。结构有一个或多个光源的泵25可操作以辐射耦合到无芯体MM泵浦光输送无源光纤28中的泵浦光，所述无芯体MM泵浦光输送无源光纤28具有与有源光纤24的延伸部可操作地连接以使耦合的延伸部限定复杂波导的耦合区的延伸部。泵浦光被发射到有源光纤24中并且至少部分地由光纤的掺杂芯体的增益介质沿着耦合区被吸收。如果需要，连接的光纤可以响应于施加到该光纤的外力而彼此分离。Nd离子按给定浓度被引入到有源光纤的芯体中，从而提供在900nm波长范围内的期望增益和1060nm范围内的合理增益。 
聚合涂层26包围光纤24和28并且大致沿着整个耦合区与光纤24和28可操作地连接。分别与涂层26结合的光纤24和28为SP结构的主要部件。 
图2示出了所公开的光纤块10的各个有源光纤24和泵浦光输送无源光纤28的几何结构的一方面。有源光纤24的芯体12可通过被与芯体共同延伸的多个包覆层42(仅示出了一个)包围。有源光纤24的几何结构， 即相应芯体12和包覆层42沿着光纤纵向轴线的横截面，具有双瓶颈形横截面。双瓶颈形横截面包括窄尺寸输入端区域36、具有比输入区域的面积大的面积Acore的均匀尺寸吸收中心区域或中间区域38以及桥接端部区域和中心芯体区域的截头锥形输入变换区域46。为了完成双瓶颈区段，芯体12进一步具有截头锥形输出变换区域和端部区域。芯体12可以支持多模或横向单模。 
当芯体的吸收区域38的芯体面积Acore增加时，无芯体输送光纤28的中心区域或中间区域44的面积以及因此总包覆层面积Aclad减小。通常，输送光纤28的横截面还被称为哑铃形横截面，其表示以相对小面积的中心区域和相对大面积的端部区域为特征的任何形状。各个光纤的增加和减小系数不是任意的。选择系数以使中心区域的总包覆层面积优选地与图2的整个SP结构的输入端的总包覆层面积相同。后者使得泵浦光的功率密度以及因此后者的数值孔径保持不变；否则，该结构将使得泵浦光损耗增加。 
通常，假设所述后者保持相对小的孔径，输送光纤28的减小的系数的确定基于如下事实：光纤的包覆层面积的减少使得该光纤的数值孔径NAaf增加。例如，假设输送光纤28保持0.1的NA泵浦，即，通过耦合到泵浦输送光纤中的激光二极管或激光二极管的组合器进行的泵浦发射的NA，并且光纤24具有其中nclad和ncoat是包覆层和涂层的相应指数。然后，在没有相当大地泵浦光损耗的情况下可以减小总包覆层面积的最大系数
在一些情形下，期望的是，增益块或光纤块10不仅将增益限制在1060nm范围内的同时发射在期望的900nm范围内的有效辐射线，而且增益块或光纤块10将输出可近似具有期望模数的辐射线。通常，由光纤激光器系统所辐射的高质量光需要极少或者甚至实质上优选地单个基模。如果各个SM无源光纤14、16的模场直径(MFD)和由在这种情况下具有MM结构的芯体12支持的基模在很大程度上比匹配，则发生实质上仅基模或极少模的激发。因此，有源光纤24的相对端被构造为：在SM传播通过这些光纤之间的拼接区域时，允许由输入光纤14支持的SM模在MM芯体12中基本上激发出基模或极少的模。 
图3示出了图2的SP结构的变型例，其提供了每长度单位内增强的泵浦光的吸收，从而在900nm范围内的工作波长处发射具有期望增益的辐射线同时限制不可接受的增益处于大约1060nm的寄生波长处。有源光纤50构造为具有均匀、非扩大的包覆层直径42；然而，芯体12具有瓶颈或双瓶颈形横截面。泵浦光输送无芯体MM无源光纤显示为沿着耦合区域具有减小的面积。因此，芯体12的面积Acore和作为相应的有源的、无源的和套筒光纤的包覆层面积之和的总包覆层面积Aclad之间的比率相对较高，并且期望波长处的吸收率被增强。 
以上简单地总结了波导的上述结构，可以从设有被构造有轴向双瓶颈形横截面的芯体的有源光纤和具有轴向圆柱形横截面的无源光纤、或设有具有轴向圆柱形横截面的芯体的有源光纤和具有哑铃形横截面的无源光纤、或具有包括轴向双瓶颈横截面的芯体的有源光纤和具有哑铃形横截面的无源光纤来选择结构组合。以上结构组合中的任一个实现本发明的概念，根据本发明的概念，相应有源光纤和输送光纤的中心区域被构造成在中心芯体区域中提供泵浦光吸收率，使得有源光纤具有最短可能长度，其中所述最短长度允许在工作波长下的期望增益，同时将寄生波长下的增益限制到预设阈值。 
通常，不是所有泵浦光由有源光纤的芯体的增益介质吸收。在泵浦光最初仅耦合到有源光纤24的输入端区域中的结构中，无源输送光纤28的输出端区域的面积被构造为比有源光纤24的输出区域的面积大N倍。上面公开的相应的有源光纤和无源光纤的面积之间的关系使得在耦合区域的端部处未被吸收的光在有源光纤和无源光纤之间分配。因此，无源输送光纤28具有比有源光纤24的输出端多N倍的未被吸收的泵浦光。优选地，输送光纤28的输出端的区域的面积为光纤24的输出端的区域的面积的大约7倍至大约10倍。在结构上，输送光纤的相对的输入端和输出端可以被抑制地或不一致地成形或形成尺寸。类似地，可以一致地或不一致地构造有源光纤的相对小面积端部区域。 
耦合到无源光纤28中的未被吸收的泵浦光可再次用于泵浦下一个增益块，如下文所公开的。可选择地，其余的泵浦光可通过反射器27反射回去，以沿相反的方向泵浦有源光纤24。反射器27可构造为光纤反射镜、 体反射镜(bulk mirror)或其它反射镜。 
图4示出了构造为具有在有源光纤54两侧的两个无源光纤52、56的增益块10的SP结构的另一变型例。有源光纤54具有掺杂有能够产生/放大期望波长和寄生波长下的辐射线的诸如Nd掺杂剂等增益介质的MM芯体。泵浦光可以沿相同的方向分别耦合到无源光纤52和56中，所述相同的方向优选地与信号光的向前传播方向相反。无源光纤52、56的几何结构对应于图2中的无源输送光纤28的几何结构，因此具有哑铃形横截面。可选择地，以U形形式布置的单个无源光纤可以与沿着有源光纤54的中心区域延伸的多个间隔开的小面积中心区域一起使用。有源光纤54的结构可以为图2和图3中所示的那些结构。图4的SP结构的结构可以具有在横向于各个光纤的纵向轴线的平面中对准的总共三根光纤，如图4A所示。可选择地，光纤可以定位为在横向平面中限定图4B的三角形形状。光纤具有彼此耦合的相应的共同延伸的纵向中心区域。 
无源输送光纤52、56分别使得其一起与各个泵间隔开的远端熔合，这允许在例如这种光的第一次从无源光纤52传递到无源光纤56的期间未被吸收的泵浦光在沿相反的方向从光纤56传递到光纤52的期间被进一步吸收。因此，在所示的结构中，极大地提高了泵浦光的吸收率。优选地，各个无源光纤的远端在与各个输送光纤的输入端区域间隔开的芯体端区域的附近熔合。 
总之，能够通过下面的实施例阐述上文公开的所有实施方案。假设增益块构造为具有光纤，所述光纤具有芯体，所述芯体在一定浓度PPMx下掺杂有Nd离子。要求增益块在920nm的波长处产生5dB的增益，而不是在高于30dB的寄生波长处具有增益。已知工作波长和寄生波长处的掺杂剂浓度和目标增益，Nd光纤的最小可能的总长度不应超过30/PPMx。已经确定了限制寄生波长处的预设增益的ND掺杂光纤的最小可能长度，现在需要提供沿着确定长度的最大吸收率，从而在920nm波长处具有5dB的增益。 
图5示出了具有典型MOPA结构的高功率内嵌式光纤激光器系统65。系统65包括例如在918nm的期望波长λ1下输出信号的种源，所述信号耦合到无源光纤64中，无源光纤64将这种光输送到掺杂Nd的有源光纤62中。泵25可以包括以例如808nm的波长产生泵浦光的一个或多个激光二极管，所述泵浦光耦合到升压增益块63的有源光纤62中。 
依照上述公开的实施方案中的一个结构的前置放大器62为918nm期望波长和1060nm寄生波长的光信号提供增益。光信号耦合到滤波部件66中，滤波部件66可操作以通过滤出寄生频率来区分寄生频率和主频率。滤波器66可选自设有长周期或倾斜光纤光栅的无源光纤、具有增加的浓度的钐(Sm3+)或本领域的普通技术人员所公知的其它类似功效的掺杂剂的无源光纤、具有W折射率分布或体光学的无源光纤。被过滤的光进一步耦合到隔离器68中，所述隔离器68构造为防止背反射辐射线朝向上游的光学部件传播。 
最后，光耦合到包括也依照SP结构的上述公开的变型例结构的增益块63的增强级中。通过激光二极管来泵浦增强级。所有的无源光纤和有源光纤彼此毗邻拼接并且构造为具有彼此基本匹配的相应的MFD。已经对系统65进行了测试，系统65在181W泵浦功率水平处在具有M2～1.05的900nm范围内呈现出多于102W的最大输出功率。图7示出了激光器系统65的输出波谱，其清楚地显示了在期望波长范围内被相当大地放大的光和在寄生波长范围内光信号受限的放大率。 
图6示出了设置有上文公开的增益块的高功率光纤激光器系统70的多个级联中的每个的结构。系统70的结构示出了残留在一个放大级的无源泵浦输送光纤中的泵浦光有效地用于下一个放大级的有源光纤的附加泵浦。 
SM无源光纤78支持期望波长λ1处的信号的传播并且将光输送到具有双瓶颈形状的上游增益块75的双包覆层、MM Nd掺杂光纤74。随着放大的信号光沿着无源SM光纤78传播通过构造与图5的滤波器66相似的滤波器90，寄生频率处的信号光被进一步滤出。最终，期望频率处的放大光通过另一SM无源光纤78传播并且耦合到相邻增益块85的双包覆层的MM Nd掺杂光纤80中，在双包覆层的MM Nd掺杂光纤80中，放大光被进一步放大以便在kPinput处发射期望波长范围内的辐射线，其中k为增益系数。 
泵浦组件包括多个光源，所述多个光源具有组合到耦合器82中的相 应的输出，耦合器82熔合到泵浦光在与信号的方向相反的方向上传播的MM无芯体泵浦光输送光纤76的一端。泵浦光仅耦合到SP结构的一侧中，并且残留在输送光纤72中的这种光的部分进一步耦合到MM无源光纤84中。最终，残留的泵浦光耦合到下游增益块85的MM泵浦光无芯体输送光纤86中。 
增益块85具有其自身的泵浦布置，泵浦布置具有一个或多个激光二极管，激光二极管具有组合到耦合器88中的相应的输出，耦合器88熔合到泵浦光输送光纤86。结果，泵浦光沿着与从增益块75输送的泵浦光的方向相反的方向耦合到增益块85的有源光纤80的包覆层中。残留在泵浦光输送光纤86中的泵浦光被朝向上游增益块75进一步引导，在上游增益块75中，泵浦光被发射到有源光纤72的包覆层中并且进一步横穿有源光纤72的芯体从而被吸收。因此，泵浦光布置允许残留在泵浦光输送光纤中的每个的输出处的泵浦光朝向另一输送光纤传播，以用于有源光纤的附加泵浦。 
图8示出了“蓝色”光纤激光器系统。以图解方式示出的系统包括依照本公开结构并且包括Nd掺杂包覆层泵浦的有源光纤和MM泵浦光输送光纤的增益块94。如在上文公开的所有变型例中，增益块94可被构造为激光器或放大器，所述激光器或放大器可操作以在900nm范围内在期望波长下输出激光。输出的光耦合到二次或更高次谐波发生器96中，谐波发生器96可操作以将耦合的光的频率加倍并且在大约450nm和大约470nm之间的范围内的波长处发射输出辐射线。 
图9示出了有效光纤激光器系统115，其设置有多个增益块，每个增益块基于多模多包覆层光纤110、112，并且进一步具有多个泵浦组件125。每个泵浦组件125具有多个通道1251-n，每个通道1251-n构造为优选地具有由激光二极管120的相应阵列泵浦的SM Nd光纤激光器123。依照图2-6的光学方案来构造Nd光纤激光器123。优选地，通过SM-MM组合器127来组合多个SM Nd激光器123。Nd光纤激光器123每一个都产生大约900-940nm的波长的光学输出。SM-MM组合器127的输出耦合到Yb光纤激光器块122、124的相应输入，根据在限定容纳增益块的共振腔的相应的无源光纤中写入的光栅，Yb光纤激光器块122、124发射大约 970-1000nm或更长波长的光学输出Io。在期望900nm范围内的Nd激光器的泵浦发射波长与Yb输出的泵浦发射波长的接近度使得发热大幅度减少。 
制造图2的相应的有源光纤24和输送光纤28的方法包括：从相应的预型件中同时抽拔光纤。严格地控制光纤被抽拔的速度以接受光纤24、28的相应中心区域的期望的面积扩大和缩小，并且所述速度是不一致的。此外，光纤24、28被抽拔的相应速度不相同。当光纤24、28分别被修改时，相应光纤的每对扩大和缩小面积的中心区域可移除地彼此连接，从而通过施加不大的力可容易将它们分离。 
已经结合附图描述了本发明的优选实施方案中的至少一个，应理解的是，本发明不限于那些精确的实施方案，本领域技术人员可以在不背离所附权利要求中限定的本发明的保护范围或精神的情况下对本发明进行各种修改、改变和改进。 

Claims (20)

1.一种光纤激光器系统，包括：
至少一个波导，所述至少一个波导被构造有：
有源Nd掺杂光纤和无源泵浦光纤，所述有源Nd掺杂光纤和所述无源泵浦光纤相互光学连接并大致沿着平行轴线延伸，各个有源Nd掺杂光纤和所述无源泵浦光纤的包覆层具有相应的轴向延伸的中心区域，所述中心区域相互连接以限定选自以下所述结构中的一个的结构：
设有每一个都被构造有轴向双瓶颈形横截面的芯体和包覆层的有源Nd掺杂光纤和具有轴向圆柱形横截面的无源泵浦光纤，其中所述双瓶颈形横截面包括桥接小直径输入端区域和小直径输出端区域的大直径中心区域；或
被构造成包括具有轴向圆柱形横截面的包覆层和具有轴向双瓶颈形横截面的芯体的有源Nd掺杂光纤和具有轴向哑铃形横截面的无源泵浦光纤，其中所述哑铃形横截面包括桥接相对的大直径端区域的小直径中心区域；或
包括每一个都具有轴向双瓶颈形横截面的芯体和包覆层的有源Nd掺杂光纤和具有哑铃形横截面的无源泵浦光纤，
光纤保护涂层，所述光纤保护涂层包围各个有源Nd掺杂光纤和无源泵浦光纤的中心区域并连接到各个有源Nd掺杂光纤和无源泵浦光纤的中心区域，所述光纤保护涂层限定中心区域的总面积，各个中心区域的总包覆层面积大致等于各个光纤的输入端区域的总包覆层面积，
其中在芯体的沿着有源Nd掺杂光纤的中心区域延伸的一部分中的泵浦光吸收率使得在Nd掺杂剂的给定浓度下对于工作波长下的信号光的期望增益和在寄生波长下的信号光的预设增益阈值来说所述有源Nd掺杂光纤具有最短可能长度。
2.如权利要求1所述的光纤激光器系统，其中，Nd离子以选择的给定浓度被引入到芯体中以使有源光纤具有在工作波长下的期望增益和在寄生波长下的预设增益。
3.如权利要求1所述的光纤激光器系统，其中，无源泵浦光纤的输出端区域被构造成包括比有源Nd掺杂光纤的输出端区域多N倍的未被吸收的泵浦光，其中N为无源泵浦光纤的输出端区域的面积与有源Nd掺杂光纤的输出端区域的包覆层面积之间的比。
4.如权利要求3所述的光纤激光器系统，进一步包括：
反射部件，所述反射部件耦合到无源泵浦光纤的输出端区域；以及
泵浦单元，所述泵浦单元辐射耦合到无源泵浦光纤的输入端中的泵浦光，
其中反射部件被构造为朝向无源泵浦光纤的输入端区域背反射沿着有源Nd掺杂光纤的最短可能长度未被吸收的泵浦光，以将未被吸收的泵浦光重新发射到有源Nd掺杂光纤的中心区域中。
5.如权利要求2所述的光纤激光器系统，其中，中心区域的总包覆层面积和各个有源Nd掺杂光纤和无源泵浦光纤的输入端区域的总面积彼此基本上相等。
6.如权利要求2所述的光纤激光器系统，其中各个有源Nd掺杂光纤和ncoat是有源Nd掺杂光纤的包覆层和涂层的相应折射率，NApump是泵浦发射的数值孔径。
7.如权利要求1所述的光纤激光器系统，进一步包括为哑铃形形状的另一个无源泵浦光纤，所述另一个无源泵浦光纤被构造成与所述一个无源泵浦光纤基本上相同，并且被定位成使得各个所述一个无源泵浦光纤和所述另一个无源泵浦光纤的中心减小区域与有源Nd掺杂光纤的中心芯体部分轴向共同延伸并在横向于对称轴线延伸的平面中与中心芯体部分对准。
8.如权利要求7所述的光纤激光器系统，进一步包括泵浦光源，所述泵浦光源辐射耦合到无源泵浦光纤的输入端区域中的泵浦光，各个无源泵浦光纤的输出区域在与所述一个无源泵浦光纤的输入端轴向间隔开的中心芯体区域的端部附近彼此熔合，其中熔合的无源泵浦光纤限定U形结构。
9.如权利要求8所述的光纤激光器系统，其中，所述泵浦光源具有两个泵浦单元，每个泵浦单元均辐射泵浦光，辐射的泵浦光耦合到U形无源泵浦光纤的相应输入区域中以沿相反的方向传播。
10.如权利要求1所述的光纤激光器系统，进一步包括为哑铃形形状的另一个无源泵浦光纤，所述另一个无源泵浦光纤被构造成与所述一个无源泵浦光纤基本上相同，并且被定位成使得各个无源泵浦光纤的中心小面积中心区域与有源Nd掺杂光纤的增大面积中心芯体部分轴向共同延伸，各个有源Nd掺杂光纤和无源泵浦光纤在横向于所述轴线延伸的平面中限定三角形结构。
11.如权利要求1所述的光纤激光器系统，进一步包括构造成类似于所述一个波导的另一个波导，所述一个波导和所述另一个波导的相应有源Nd掺杂光纤的输出端区域和输入端区域彼此光学耦合，并且相应无源泵浦光纤的输出端区域彼此光学耦合，使得留在所述一个波导的无源泵浦光纤的输出端区域中的未被吸收的泵浦光被引导到所述另一个波导的无源泵浦光纤的输入端区域，从而将接收到的未被吸收的泵浦光发射到所述另一个波导的有源Nd掺杂光纤的中心增大面积芯体部分中。
12.如权利要求11所述的光纤激光器系统，进一步包括：
光源，所述光源产生泵浦光，所述泵浦光耦合到所述一个波导的无源泵浦光纤中；以及
反射部件，所述反射部件沿着所述另一个波导的无源泵浦光纤的输出端区域定位并能够操作以背反射留在所述另一个波导的无源泵浦光纤的输出端区域中的未被吸收的泵浦光。
13.如权利要求11所述的光纤激光器系统，进一步包括两个光源，所述两个光源产生耦合到所述一个波导和所述另一个波导的相应无源泵浦光纤中的相应泵浦光，其中留在所述一个波导的输出端区域中的未被吸收的泵浦光能够操作地耦合到所述另一个波导的无源泵浦光纤的输入端中，以将接收到的未被吸收的泵浦光发射到所述另一个波导的有源Nd掺杂光纤中。
14.如权利要求13所述的光纤激光器系统，进一步包括：
光学滤波器，所述光学滤波器位于所述一个波导和所述另一个波导的相应有源Nd掺杂光纤的输出端区域与输入端区域之间，以及
光学波导，所述光学波导引导在相应有源Nd掺杂光纤的输出端区域与输入端区域之间的信号光通过光学滤波器，所述光学滤波器被构造成在波导之间发送工作波长下的信号光并基本上阻碍寄生波长下的信号光的进一步传播。
15.如权利要求14所述的光纤激光器系统，其中，所述光学滤波器选自长周期光纤光栅、倾斜光纤光栅、具有增加浓度的钐的光纤和具有W折射率分布和体光学的光纤及其组合。
16.如权利要求1所述的光纤激光器系统，进一步包括增益块，所述增益块设有有源Yb掺杂光纤，其中从波导的有源Nd掺杂光纤辐射的信号光用于泵浦增益块的有源Yb掺杂光纤。
17.如权利要求1所述的光纤激光器系统，进一步包括非线性晶体，所述非线性晶体接收来自波导的有源Nd掺杂光纤的信号光并能够操作以将所述信号光的频率加倍从而主要输出在450-470nm范围内的光。
18.一种构造光纤激光器系统的方法，包括以下步骤：
(a)抽拔有源Nd掺杂光纤，所述有源Nd掺杂光纤具有掺杂有Nd离子浓度的芯体和与芯体共同延伸并包围芯体的包覆层；
(b)与步骤(a)同步地抽拔泵浦输送光纤；
(c)提供光纤保护涂层，所述光纤保护涂层包围各个有源Nd掺杂光纤和泵浦输送光纤的中心区域；
(d)与步骤(a)至(c)同步地使相应有源Nd掺杂光纤和泵浦输送光纤的中心伸展部彼此选择性的耦合，从而限定选自以下所述结构的结构：
设有被构造有双瓶颈形轴向横截面的芯体的有源Nd掺杂光纤和具有圆柱形轴向横截面的泵浦输送光纤，双瓶颈形横截面具有芯体中心区域，芯体端部区域在所述芯体中心区域的两侧，其中芯体中心区域的面积大于芯体端部区域的面积；
包括具有轴向圆柱形横截面的芯体和包覆层的有源Nd掺杂光纤和具有轴向哑铃形横截面的泵浦输送光纤，其中哑铃形横截面具有中心区域和在中心区域两侧的间隔开的端部区域，泵浦输送光纤的中心区域被构造有小于泵浦输送光纤的间隔开的端部区域的面积的面积；或
包括具有轴向双瓶颈形横截面的芯体和包覆层的有源Nd掺杂光纤和具有哑铃形横截面的泵浦输送光纤，
(e)与步骤(a)至(d)同步地，以一系数减小各个有源Nd掺杂光纤和泵浦输送光纤的中心区域的总包覆面积，使得各个光纤的减小的中心区域的总包覆层面积大致等于光纤的输入区域的总包覆层面积，
其中对于Nd离子浓度，提供有源Nd掺杂光纤的各个光纤的中心芯体区域的面积与耦合的伸展部的总包覆层面积之间的比使得有源Nd掺杂光纤具有最短的可能长度，所述最短可能长度提供在工作波长下的信号光的期望增益并将寄生波长下的信号光的增益限制到预设阈值。
19.如权利要求18所述的方法，进一步包括以下步骤：
至少沿着耦合的伸展部在相应的有源Nd掺杂光纤和泵浦输送光纤的包覆层上设置光纤保护套，其中抽拔光纤的步骤包括：
源Nd掺杂光纤的包覆层和涂层的相应折射率，NApump是泵浦发射的数值孔径。
20.如权利要求18所述的方法，其中，所述抽拔光纤的步骤进一步包括：
为泵浦输送光纤的相对端部区域中的一个提供大于有源Nd掺杂光纤的共同延伸的端部区域的面积的面积，从而将泵浦光中在中心芯体区域中未被吸收的一大部分泵浦光收集在泵浦输送光纤的一个端部区域中；以及
将反射部件耦合到泵浦输送光纤的一个端部区域，从而将泵浦光中未被吸收的一大部分泵浦光引导回到泵浦输送光纤的另一个端部区域以重新泵浦中心芯体区域；或
将泵浦光中未被吸收的一大部分泵浦光朝向另一个泵浦输送光纤的输入端区域引导，所述另一个泵浦输送光纤与所述一个泵浦输送光纤间隔开并在结构上与所述一个泵浦输送光纤相同，其中另一个泵浦输送光纤将未被吸收的泵浦光发射到被构造成与所述一个有源Nd掺杂光纤相同的另一个有源Nd掺杂光纤的中心芯体区域中。
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