CN109075524A - 用以提高亮度的光谱复用二极管泵浦模块 - Google Patents

用以提高亮度的光谱复用二极管泵浦模块 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种光谱复用二极管泵浦模块以增加亮度的方法，所述方法包括以第一波长从二极管激光器封装中的相应二极管激光器生成一个或多个泵浦光束，以不同于所述第一波长的第二波长从所述二极管激光器封装中的相应二极管激光器生成一个或多个泵浦光束，将所述第一波长的所述泵浦光束中的至少一个与所述第二波长的所述泵浦光束中的至少一个波长组合，以形成一个或多个组合泵浦光束，并且在耦合到所述二极管激光器封装的泵浦光纤中接收所述组合泵浦光束。激光器系统可包括多波长泵浦模块和增益光纤，所述增益光纤具有有源掺杂的纤芯，以便具有对应于所述多个波长的吸收光谱，所述增益光纤用于接收所述泵浦光并且产生输出波长的输出光束。

Description

用以提高亮度的光谱复用二极管泵浦模块
相关专利申请的交叉引用
本申请要求于2016年3月18日提交的美国临时申请No.62/310,511的优先权，该临时申请据此全文以引用方式并入本文中。
技术领域
本公开涉及二极管泵浦光纤激光器。
背景技术
连续波光纤激光器可以生成具有相对优异光束质量的多个千瓦级激光束。光纤激光器的功率缩放受光纤中的非线性过程和热效应的限制。需要一些方法来解决这些限制，以便以实际方式实现光纤激光器的进一步功率缩放。另外，激光二极管源的各种应用，诸如直接二极管材料处理、照明和固态激光器的泵浦可以受益于较亮的光输出。
发明内容
根据所公开的技术的一些示例，方法包括：以第一波长从相应的二极管激光器生成一个或多个泵浦光束；以不同于第一波长的第二波长从相应的二极管激光器生成一个或多个泵浦光束；将第一波长的一个或多个泵浦光束中的至少一个与第二波长的一个或多个泵浦光束中的至少一个组合，以形成至少一个组合泵浦光束；并且将至少一个组合泵浦光束引导至泵浦光纤。一些示例还包括将至少一个组合泵浦光束耦合到增益光纤以便在增益光纤中产生光学增益，并且增益光纤包括掺镱纤芯，并且第一波长对应于与900nm至930nm的波长范围相关联的镱吸收峰或吸收带，并且第二波长对应于与970nm至980nm波长范围相关联的镱吸收峰或吸收带。
根据所公开技术的进一步示例，激光二极管封装包括：导热外壳；第一多个二极管激光器，用于发射具有第一波长范围的对应激光束；第二多个二极管激光器，用于发射具有不同于第一波长范围的第二波长范围的对应激光束；波长复用器，用于接收第一多个激光束和第二多个激光束并且基于第一波长范围和第二波长范围之间的差异来组合激光束；聚焦光学器件，用于接收和聚焦组合激光束；和输出光纤，用于接收聚焦的组合激光束。在一些示例中，激光二极管封装还包括第一偏振复用器，用于接收和组合具有第一偏振态的第一多个激光束的第一子组和具有与第一偏振态正交的第二偏振态的第一多个激光束的第二子组，以产生被引导至波长复用器的第一组偏振复用激光束；和第二偏振复用器，用于接收和组合具有第一偏振态的第二多个激光束的第一子组和具有与第一偏振态正交的第二偏振态的第二多个激光束的第二子组，以产生被引导至波长复用器的第二组偏振复用激光束。
根据所公开技术的另外的示例，激光器系统包括泵浦模块和增益光纤，该泵浦模块用于将第一波长范围和不同于第一波长范围的第二波长范围的泵浦光耦合到泵浦光纤中，并且该增益光纤具有有源掺杂的纤芯，以便具有对应于第一波长范围和第二波长范围的吸收光谱，增益光纤用于接收泵浦光并且产生输出波长的输出光束。在一些示例中，泵浦模块包括：第一多个二极管激光器，用于生成具有第一波长范围内的波长的多个对应的二极管激光泵浦光束；和第二多个二极管激光器，用于生成具有第二波长范围内的波长的多个对应的二极管激光泵浦光束，并且第一多个二极管激光泵浦光束被偏振复用，第二多个二极管激光泵浦光束被偏振复用，并且第一多个偏振复用二极管激光泵浦光束与第二多个偏振复用二极管激光泵浦光束波长复用。
从下面参照附图进行的详细描述中，所公开技术的前述和其他目的、特征和优点将变得更加明显。
附图说明
图1A至图1D示出了以多个波长泵浦的光纤激光器系统的示意性和代表性的剖面。
图2是描绘在一个示例性光纤激光器配置中相对于泵浦亮度的SRS阈值的图表。
图3是镱掺杂光纤的吸收和发射相对于波长的图表。
图4A是泵浦二极管封装的平面图。
图4B是同一平面图中的图4A中的泵浦二极管封装的射线轨迹。
图4C至图4E是在传播通过聚焦透镜之前图4B中的射线轨迹的传播二极管光束的剖面。
图5是泵浦二极管封装的示意图。
图6是另一泵浦二极管封装的一部分的平面图。
图7是二极管光束波长与有源掺杂剂吸收剖面相比较的曲线图。
图8是在不同操作电流下激光二极管封装的二极管光束强度和波长的曲线图。
图9A至图9C是通过波长和偏振复用增加亮度的方法的流程图。
图10是多波长激光器系统的示意图。
图11是描绘多波长处理方法的侧剖视图。
具体实施方式
如在本申请和权利要求书中所使用的，除非上下文另有明确指出，否则单数形式的词语“一个”、“一种”和“该”包括复数形式。此外，术语“包括”表示“包含”。此外，术语“耦合”不排除耦合项之间中间元件的存在。
在此描述的系统、装置和方法不应被解释为以任何方式进行限制。相反，本公开涉及各种公开的实施方案的所有新颖的和非显而易见的特征和方面，单独地以及彼此的各种组合和子组合。所公开的系统、方法和装置不限于任何特定方面或特征或其组合，所公开的系统、方法和装置也不要求存在任何一个或多个特定优点或解决问题。任何操作理论都是为了便于解释，但所公开的系统、方法和装置不限于这种操作理论。
尽管为了便于表示，以特定的先后顺序描述了某些公开的方法的操作，但是应该理解的是，除非在下文中通过特定语言要求特定的顺序，否则这种描述的方式包含重新安排。例如，顺序描述的操作在一些情况下可以被重新安排或同时执行。而且，为了简单起见，附图可能没有示出所公开的系统、方法和装置可与其他系统、方法和装置结合使用的各种方式。此外，该描述有时使用术语诸如“产生”和“提供”来描述所公开的方法。这些术语是对所执行的实际操作的高度抽象。对应于这些术语的实际操作将根据具体实施而有所不同，并且容易被本领域的普通技术人员识别。
在一些示例中，值、过程或装置被称为“最低”、“最佳”、“最小”等。应该理解，这样的描述旨在表示可以对许多所使用的功能替代项进行选择，并且这样的选择不需要更好、更小或以其他方式优于其他选择。
如本文所用，二极管光束是指波长介于约100nm与10μm之间，并且典型地介于约500nm与2μm之间的电磁辐射。基于可用激光二极管源和光纤的示例通常与约800nm和1700nm之间的波长相关联。在一些示例中，传播的光学辐射被称为具有直径、不对称快轴和慢轴、光束横截面积以及光束散度的一条或多条光束，所述项可取决于光束波长和用于光束成形的光学系统。为了方便，在一些示例中，光学辐射被称为光，并且不需要在可见波长。
典型的激光二极管具有发射区域，该发射区域具有非圆形剖面。激光二极管的发射区域可以与沿发射区域的最长维度引导的慢轴和沿发射区域的最短维度引导的快轴相关联。沿着慢轴，所发射的光束往往具有比沿着快轴的角发散小的角发散。另外，慢轴往往与较多横模中的光束传播相关联，而不是快轴中的光束传播，使得沿慢轴测量的光束参数乘积(对应于角发散和光束尺寸的乘积)大于沿快轴测量的值。沿着慢轴、快轴或两者的光束发散和直径可以用一个或多个透镜、棱镜或反射镜调节，以提供所选择的光束特性。
参照光纤来描述代表性实施方案，但是也可以使用具有正方形、矩形、多边形、卵形、椭圆形或其他横截面的其他类型的光波导管。光纤典型地由掺杂(或不掺杂)的二氧化硅(玻璃)形成，以便提供预定的折射率或折射率差。在一些示例中，纤维或其他波导管由其他材料制成，诸如氟锆酸盐、氟铝酸盐、氟化物或磷酸盐玻璃、硫属化合物玻璃或诸如蓝宝石的晶体材料，具体取决于所感兴趣的波长。二氧化硅和氟化物玻璃的折射率通常约为1.5，但是诸如硫属化合物的其他材料的折射率可以是3或更大。在其他示例中，光纤可以部分地由塑料所构成。在典型示例中，诸如光纤芯的掺杂波导管芯提供响应于泵浦的光学增益，并且芯和包层近似同心。在其他示例中，芯和包层中的一个或多个是偏心的，并且在一些示例中，芯和包层取向和/或位移沿波导管长度而变化。
如本文所用，数值孔径(NA)是指相对于光学波导管所限定的传播轴的最大入射角，传播光学辐射被大体上限制在该传播轴。在光纤中，纤维芯和纤维包层可以具有相关联的NA，通常分别由芯和包层或相邻包层之间的折射率差所限定。尽管以此NA传播的光学辐射通常被很好地限制，但是相关联的电磁场诸如消逝场通常延伸到相邻的包层中。在一些示例中，芯NA与芯/内部包层折射率相关联，并且包层NA与内部包层/外部包层折射率差相关联。对于具有纤芯折射率n纤芯和包层折射率n包层的光纤，光纤芯NA为对于具有内部芯和与内部芯相邻的外部芯的光纤，包层NA为其中n内部和n外部分别是内部包层和外部包层的折射率。如上所述的光束也可以称为具有与光束角半径相关联的光束NA。尽管下面描述了多芯阶跃折射率光纤，但是也可以使用梯度折射率设计。
在本文公开的示例中，波导管芯诸如光纤芯掺杂诸如Nd、Yb、Ho、Er的稀土元素，或者其他有源掺杂物或其组合。这种有源掺杂的芯可响应于光学或其他泵浦而提供光学增益。如下所述，具有这种有源掺杂物的波导管可用于形成光学放大器，或者如果提供有合适的光学反馈诸如反射层、反射镜、布拉格光栅或其他反馈机构，则这种波导管可以产生激光发射。可以将光泵浦辐射布置成在波导管中相对发射的激光束或放大光束的传播方向同向传播和/或对向传播。光泵浦辐射可以从光纤激光器的一个或多个端部发射，包括从仅具有第一端和第二端的光纤激光器的一端或两端，以及/或者沿光纤激光器的不同位置。
术语亮度在本文中用于指光辐射，其通常被定义为每立体角每单位面积的光束功率。在一些示例中，光束功率提供有一个或多个激光二极管，该一个或多个激光二极管产生立体角与光束波长成比例并且与光束面积成反比的光束。光束面积和光束立体角的选择可以产生泵浦光束，该泵浦光束将所选择的泵浦光束功率耦合到双层、三层或其他单层或多层包层光纤的一个或多个芯层或包层中。可以使用通常对应于零强度值、1/e值、1/e2值、全宽半最大值(FWHM)值或其他合适的指标的边界来描述光束剖面面积、直径或其他尺寸。
在一些示例中相对于一个或多个轴描述了光束和光学元件。通常，轴包括一个或多个直线段，光束沿着该直线段传播或者一个或多个光学元件沿着该直线段设置。这些轴可以用反射表面弯曲或折叠，使得轴不必是单个直线段。描述或可以使用各种耦合和准直光学器件，并且可以包括各种透镜，包括凸-凸、平凸、凹-凹、平凹、柱面、菲涅耳、波带片、全息、球面、非球面或其组合。在方便的示例中，柱面透镜具有圆柱形表面，所述圆柱形表面彼此垂直布置以提供交叉柱面或交叉柱面透镜或透镜组件。在典型的示例中，平凸柱面透镜具有限定焦轴的平面和圆柱凸面，该焦轴可以与同圆柱形凸面相关联的轴向曲率中心平行或共线。光束通常入射到平行于垂直于平面的光轴的这种透镜。这种光束倾向于沿着垂直于焦轴和光轴的轴(例如，慢轴、快轴)聚焦，并且准直光束往往在焦轴处相对于该轴聚焦。应当理解，根据透镜的特性，焦轴可以不是直的。在一些多透镜示例中，诸如交叉柱面示例，第一物镜和第二物镜沿光轴间隔开，并且提供一组对应的焦轴，这些焦轴彼此垂直并且在焦平面处彼此相交。
图1A至图1D描绘了激光器系统100，该激光器系统用于生成输出光束102，通常在激光器系统100中的受激拉曼散射(SRS)开始之前具有几kW的平均功率，包括5kW或更大的平均功率。激光器系统100包括多个泵浦模块104a至104e，在对应的泵浦光纤106a至106e中提供具有泵浦波长λa至λe和对应的泵浦带宽Δλa至Δλe的高亮度泵浦光束105a至105e。泵浦模块104a至104e包括至少一个泵浦二极管模块104a，该至少一个泵浦二极管模块在泵浦光纤106a中以多个泵浦波长λ1、λ2提供泵浦光束105a，如图1D所示。激光器系统100还包括增益光纤108，该增益光纤用于从泵浦模块104a至104e接收泵浦光束105a至105e并生成输出光束102。在一些示例中，增益光纤108可以布置在主振荡器功率放大器(MOPA)配置中，其中振荡器光纤110用于生成信号光束111，并且一个或多个放大器光纤112被耦合到振荡器光纤110并且用于放大信号光束111以产生输出光束102。增益光纤108包括纤芯，该纤芯用于基于存在于纤芯中的一种或多种有源掺杂剂(例如镱)生成并传播输出光束102。
泵浦模块104a至104e通常用一个或多个熔融光纤泵浦组合器(诸如熔融光纤泵浦组合器114a、114b)耦合到增益光纤，使得泵浦光束被引导至增益光纤108以便共同传播或相对于输出光束102反向传播。例如，泵浦光纤106c-e可以耦合到第一泵浦组合器114a，该第一泵浦组合器提供泵浦组合器输出光纤116，该泵浦组合器输出光纤可以耦合到第一泵浦组合器114a下游的第二泵浦组合器114b。泵浦模块104a用宽结激光二极管以对应于增益光纤108的纤芯中的有源掺杂剂或掺杂剂的吸收峰或吸收带的多个波长范围生成泵浦光束105a。泵浦模块104b至104e可以在相同或不同的波长或波长范围生成对应的泵浦光束105b至105e，并且可以对应于增益光纤108的掺杂剂。
增益光纤108被配置为使用两个波长范围内的泵浦光束生成输出光束102。通过用多个吸收峰处的泵浦光束生成输出光束102，可以使用泵浦模块104a，该泵浦模块相比传统二极管激光泵浦模块可以产生明显更亮的泵浦光束输出，而不需要更复杂的泵浦架构(例如，光纤激光器作为泵浦源)。随着更亮的泵浦光束输出，输出光束102对应的平均功率可以扩展到5kW及更高，而不会产生显著的SRS效应，并且具有优异的光束特性。在一些示例中，输出光束102在单个全玻璃增益光纤中生成，而不组合由单独的振荡器和放大器生成的多个低功率输出光束。在一个示例中，组合多个泵浦模块104a，每个泵浦模块生成超过250W的激光泵浦功率，该激光泵浦功率耦合到具有105μm的直径且NA小于0.16的纤芯的泵浦光纤中。
在激光器系统(诸如激光器系统100)的代表性示例中，振荡器光纤110接收超过7kW的泵浦功率，该泵浦功率与输出光束102共同传播通过振荡器光纤110和放大器光纤112。应当理解，可以采用各种泵浦耦合方法将泵浦光束耦合到增益光纤108中以生成输出光束102，并且在一些示例中，泵浦光束可以反向传播或耦合在增益光纤部分之间或之内。振荡器光纤110中的增益是相对于放大器光纤112中的增益选择的，以便控制或选择振荡器光纤110和放大器光纤112的不同部分中的温度和加热。例如，振荡器光纤110和放大器光纤112的纤芯直径、NA、长度和掺杂剂浓度可以独立地变化，以减少增益光纤108中的局部加热。在一些示例中，参考图1B，振荡器光纤110包括具有10μm、12μm、14μm或16μm的纤芯直径的单模纤芯118，但是其他直径也是可能的。围绕纤芯118的包层119a具有所选择的折射率，以确保信号光束111的传播。一个或多个其他包层和/或聚合物层119b围绕包层119a。所生成的信号光束111以单横模传播，并且用光纤接头、模场适配器、自由空间光学器件或其他耦合机构耦合到放大器光纤112中。参考图1C，放大器光纤112通常具有纤芯120，该纤芯的直径大于振荡器光纤110的纤芯118。包层121a围绕纤芯120，其中纤芯120和包层121a限定单模或少模光纤。一个或多个其他包层和/或聚合物层121b围绕包层121a。
图2示出了作为代表性光纤激光器设计的泵浦模块亮度的函数的受激拉曼散射(SRS)功率阈值。对于光纤激光器和放大器，SRS功率阈值通常与纤芯面积成比例，并且与光纤长度成反比。然而，随着泵浦模块变得更亮，在保持输出光束的光束质量的同时，可以允许增益光纤芯区域基于较亮泵浦源的较低NA而增加，并且随着使用更亮泵浦源针对给定NA的泵浦功率增加，允许增益光纤的长度减小。因此，泵浦亮度的增加可以对应于更高的SRS阈值，从而允许针对给定激光器系统配置的更强大的连续波输出光束。在一些示例中，随着输出光束的功率增加，输出光束的光束质量可以保持或者可以相对于功率增加减小可接受的量。
如上所述，连续波光纤激光器系统(诸如激光器系统100)的示例通常使用熔融光纤组合器，诸如第一泵浦组合器和第二泵浦组合器114a、114b。使用熔融光纤组合器的系统通常在高亮度泵浦模块中表现更佳，并且泵浦光纤可具有各种纤芯直径，诸如50μm、62.5μm、105μm、150μm、200μm等。泵浦光纤通常具有基于特定激光工艺选择的NA，诸如约0.08、0.10、0.12、0.15、0.18、0.22等的光纤NA。熔融光纤组合器通常包括输入直径和输出直径，在输入直径中多个泵浦光纤可以耦合以接收对应的泵浦光束，输出直径可以小于输入直径并且接收耦合的泵浦光束。
对于光纤激光器系统，设计方面的考虑因素包括泵浦光纤芯直径和NA，以减少相关熔融泵浦光纤组合器内部的损耗，以便提高整体CWFL可靠性。另外，随着在一些高功率连续波激光器系统设计(例如，生成大于约2kW的输出光束的激光器系统)中生成的输出光束的平均功率增加，可能期望或需要更高亮度的泵浦模块。例如，由于泵浦亮度与SRS阈值具有某种线性关系，如图2所示，并且SRS阈值与增益光纤长度成反比，较亮的泵浦源可以允许减小的增益光纤长度，以增加SRS阈值和其他非线性效应的阈值。因此，在许多激光器系统示例中，为了允许输出光束功率电平继续向上扩展，泵浦模块的亮度也应当增加。然而，使用二极管激光器封装泵浦源通常对可用于耦合到相关泵浦光纤的亮度具有实际限制。
例如，图3示出了作为波长的函数的镱的相对吸收和发射。如果增益光纤108是镱掺杂的，则泵浦模块104a可以生成第一波长范围内的泵浦光束105a，第一波长范围介于约900nm与930nm之间，并且对应于以915nm为中心的相对宽的吸收峰，以及第二波长范围内的泵浦光束，第二波长范围介于约970nm与980nm之间，并且对应于以约976nm为中心的相对窄的吸收峰，并且该相对窄的吸收峰具有比以915nm为中心的相对宽的吸收峰大300％以上的归一化吸收系数。
在图4A和图4B中，示出了激光二极管封装400和对应的二极管光束射线轨迹402的示例。激光二极管封装400包括外壳404，该外壳可包括类似的外壳部分406a、406b，用于容纳激光二极管408的布置，该激光二极管用于产生对应的二极管光束410。外壳404通常由一种或多种导热材料(诸如铜)制成，以便将激光二极管408的操作期间产生的相当大的热量引导离开激光二极管封装400，并且保护激光二极管封装400的各种内部部件。第一组激光二极管412包括六个激光二极管408的两个子组414a、414b，第一子组414a用于在与第二子组414b相反的方向上发射二极管光束410。第一组激光二极管412被配置为在第一波长范围λ1内发射二极管光束410。如图4A所示，第一波长范围λ1介于约900nm与930nm之间，更典型地，介于约910nm与920nm之间，通常中心波长为约915nm。第一波长范围λ1可以与下游增益光纤的吸收峰一致，诸如以915nm为中心的镱的宽吸收峰。外壳404、外壳部分406a、406b、激光二极管408或激光二极管封装400的其他部件可以用一个或多个液体或珀耳帖冷却系统进行温度控制。在一些示例中，温度控制可以允许控制与λ1、λ2或其他激光二极管波长范围相关联的波长漂移。
每个激光束由对应的快轴准直器416接收，快轴准直器沿二极管光束410的快轴417准直，慢轴准直器418沿二极管光束410的慢轴419准直，并且转向镜420用于改变二极管光束410的方向。第一子组414a的二极管彼此相邻地并且也在高度上间隔开，例如在图4A的平面之外，以形成阶梯式布置，其中靠近图4A的底部的激光二极管408位于最高位置，而靠近图4A顶部的激光二极管408位于最低位置。第二子组414b的二极管类似地设置，但是沿相反方向发射光束，如图4B所示。在二极管光束410被转向之后形成光束堆叠422a、422b，使得堆叠中的每个光束慢轴平行于每一个其他光束慢轴，相邻光束慢轴由相邻激光二极管之间的高度差隔开。图4C示出了光束堆叠422a的剖面，该光束堆叠包括在其快轴和慢轴417、419中准直的六个二极管光束410。在各种示例中，变为堆叠的二极管光束410在快轴417或慢轴419中彼此间隔开。通常，二极管光束410的边界对应于光束的1/e、1/e2或其他强度或功率值。
光束堆叠422a、422b由偏振复用器424接收，该偏振复用器可包括半波片426和偏振分束器428。光束堆叠422a由半波片426接收，该半波片将光束堆叠422a的二极管光束410的p偏振态旋转为s偏振态。然后，s偏振的光束堆叠422a在偏振光束分光器428的内表面处反射，并且保持p偏振的光束堆叠422b透射通过偏振光束分光器428，使得光束堆叠422a、422b彼此重叠，形成偏振复用光束堆叠423，如图4D所示。在一些示例中，偏振复用光束堆叠423的光束堆叠422a、422b包括不同尺寸或形状的光束，并且不精确地重叠，如图4D所示。
位于外壳部分406b中的第二组激光二极管430包括与第一组激光二极管412类似布置的六个激光二极管408的第一子组和第二子组432a、432b。第二组430的激光二极管408被配置为发射在与第一波长范围λ1不同的第二波长范围λ2中的光束。在一些示例中，第二波长范围介于约970nm与980nm之间并且与增益光纤的吸收峰相关联，诸如以约976nm为中心的镱的窄吸收峰。光束堆叠434a、434b类似于光束堆叠422a、422b形成，并且用偏振复用器438偏振复用以形成偏振复用光束堆叠436。偏振复用光束堆叠436由反射镜439引导至波长复用器440。波长复用器440包括被配置为在第一波长范围λ1中反射且在第二波长范围λ2中透射的二向色光束组合器441。二向色光束组合器441用于接收和反射光束堆叠423并且接收和透射光束堆叠436，以便形成组合光束堆叠442，如图4E所示，即偏振和波长复用。在一些示例中，偏振和波长复用光束堆叠442的光束堆叠423、436包括不同尺寸或形状的光束，并且不重叠，如图4E所示。在另外的示例中，光束堆叠423、436之间的光束特性是不同的，诸如NA、亮度、光束压缩、光束间隔、准直光束尺寸或形状、聚焦光束光斑尺寸等。
组合光束堆叠442通过物镜445或其他合适的耦合光学器件或一组耦合光学器件耦合到光纤444中，用于后续应用，诸如光纤激光器泵浦或直接二极管应用。二向色光束组合器441可以是被配置为反射较短波长(诸如第一波长范围λ1)并且透射较长波长(诸如第二波长范围λ2)的长通滤波器。在进一步的示例中，二向色光束组合器441可以是被配置为透射较短波长并透射较长波长的短通滤波器。二向色光束组合器441还可以被配置为传播s偏振的光束和p偏振的光束，如图4B所示。在其他示例中，二向色光束组合器441可以被配置为透射或反射特定偏振或者透射或反射所有偏振。在一些示例中，外壳部分406b可具有与外壳部分406a类似的形状和结构，这可以简化激光二极管封装400的结构并提供模块化，使得可以形成具有不同输出的激光二极管封装。在一个示例中，除了孔443形成在外壳部分406a中之外，外壳部分406a是外壳部分406b的基本副本，以便为光束堆叠436提供到二向色光束组合器441的光路。应当理解，模块化和非模块化的示例是可能的。例如，外壳部分406a、406b可以形成单个外壳，并且可以在没有内部分隔壁或孔443的情况下制造单个外壳的一些示例。
光纤444通常为多模光纤，其具有相对于激光二极管408的布置选择的纤芯和NA。泵浦模块通常具有基于可以在空间上定位的单独的二极管激光发射器的数量确定的总亮度，使得对应的光束可以在具有可接受的损耗的多模光纤的预定NA内耦合。空间定位发射器和对应的光束通常限于预定量的激光二极管发射器，例如，通过如图4A所示沿快轴几何复用光束，或者在慢轴中通过将光束堆叠(诸如光束堆叠422b)定位在光束堆叠422a附近。超过预定量包括附加发射器通常会使对应光束的NA增加到超过光纤444或对应泵浦应用可接受的范围。在一些示例中，光纤444具有105μm的纤芯直径和125μm的包层直径，NA为约0.15。六至九个二极管光束410可以在快轴417中几何复用，并且在超过光纤444的对应NA以及与由激光二极管封装400泵浦的对应高功率光纤激光器系统的部件相关联的高功率限制之前耦合到光纤444中。应当理解，取决于二极管激光器的特性，诸如发射器高度、快轴和慢轴光束性能等，其他数量的二极管光束可以被几何复用。
通过包括偏振复用和波长复用，激光二极管封装400可以在光纤444中提供输出泵浦光束446，与具有通过几何复用形成的输出泵浦光束的泵浦模块示例相比，该光纤的亮度为四倍，与使用几何复用和偏振复用的泵浦模块示例相比，该光纤的亮度为两倍。例如，具有两组六个偏振复用发射器的泵浦模块可以在15A的电流下产生150W的泵浦光束功率，进入0.15NA的输出光纤，提供约2.42W/(mm-mRad)2的泵浦光束亮度。通过使用偏振复用(例如，形成光束堆叠423、436)和波长复用(例如，形成光束堆叠442)的四组六个二极管光束410，以15A提供282W的泵浦光束输出功率的二十四个二极管光束410可以耦合到具有105μm纤芯直径以及针对4.6W/(mm-mRad)2的亮度具有0.15NA的光纤444中。提供具有这种亮度的输出泵浦光束446的激光二极管封装400可用于泵浦光纤激光器系统，诸如图1中所示的激光器系统100，以产生具有大于3kW(包括4kW、5kW、6kW或更大)的连续波平均功率的光纤激光器系统输出光束。在典型的示例中，与激光二极管封装400的波长复用光束相关联的波长范围对应于光纤激光器系统的有源光纤中的单独的吸收峰(在图3中示出)。随着由激光二极管封装耦合的光的亮度增加，在各种激光工艺中将光直接施加到靶变得更加实用。在一些示例中，基于二极管激光器技术的改进，更高亮度的光束是可能的。基于本文的模块和光束复用配置，可以实现5.0、6.0、8.0W/(mm-mRad)2或甚至更高的亮度。基于二极管激光器技术的进一步改进和各个二极管激光束的亮度，可以进一步将亮度增加到10.0、12.0、15.0W/(mm-mRad)2以及更高。
图5是多波长二极管模块500，其包括位于四个组502、503、504、505中的二极管激光器501，该二极管激光器安装在外壳506中并且用于发射对应的二极管光束508。虽然示出了用于模块500的四列六个二极管激光器501，但是包括附加列的其他配置也是可能的，诸如在一些实际示例中为三到八列，每列具有三到九个二极管激光器501。第一组和第二组502、503的二极管光束508在约900nm至930nm的第一波长范围内发射，并且第三组和第四组504、505的二极管光束508在约970nm至980nm的第二波长范围内发射。每组中的二极管光束508在z轴的连续高度处发射，使得当二极管光束508被转向时，二极管光束508以准直光束堆叠的方式传播。第一组502和第二组503的每个二极管光束508用快轴准直器510沿着二极管光束508的快轴准直，该快轴平行于图5中的z轴。对应的二极管光束508用慢轴准直器512沿着二极管光束508的慢轴准直，该慢轴平行于图5中的y轴。现在经准直的对应二极管光束508用转向镜514转向以平行于y轴传播，使得形成用于相应组502、503的二极管光束的光束堆叠516、517。光束堆叠516、517用偏振复用器518偏振复用以形成偏振复用光束堆叠520，使得与各个光束堆叠516、517相比，偏振复用光束堆叠520具有增加的亮度。
第三组和第四组504、505的每个二极管光束508用相应的快轴和慢轴准直器510、512准直，并且用相应的转向镜514转向以形成光束堆叠522、523。第三组和第四组504、505的每个二极管光束508也被位于相应的快轴和慢轴准直器510、512之间的相应波长选择光栅524部分地反射。在典型的示例中，波长选择光栅524是体布拉格光栅，其具有所选择的布拉格光栅参数，以便通过向激光二极管提供选择的波长来锁定发光二极管的波长。光束堆叠522、523用偏振复用器526偏振复用以形成偏振复用光束堆叠528，使得与各个光束堆叠522、523相比，偏振复用光束堆叠528具有增加的亮度。
在一些示例中，波长选择光栅设置在替代位置。例如，波长选择光栅525可用于接收光束堆叠522、523，或者波长选择光栅527可用于接收偏振复用光束堆叠528，并且位于相应的快轴和慢轴准直器510、512之间的波长选择光栅524可以被省略。波长选择光栅524可以位于相应的慢轴准直器512和转向镜514之间，而不是位于相应的快轴和慢轴准直器510、512之间，或者它可位于其他位置。在一些示例中，波长选择光栅位于第三组和第四组504、505的二极管激光器501的内部，或者波长光栅直接耦合到二极管激光器501的相应发射面。
偏振复用光束堆叠528由转向镜530转向并由波长复用器532接收，并且偏振复用光束堆叠520也由波长复用器532接收。波长复用器包括二向色元件534，该二向色元件透射和折射光束堆叠528并基于光束堆叠520、528的独特波长范围反射光束堆叠520，以便形成波长复用光束堆叠536。波长复用光束堆叠536通过耦合光学器件540(诸如物镜或多元件物镜)耦合到输出光纤538中。在各种示例中，可以压缩或改变波长复用光束堆叠的二极管光束508，以便改善到光纤538中的耦合性能。在一些示例中，附加波长复用器532用于透射或反射不同于第一波长范围和第二波长范围的波长，使得二极管激光器501的附加列可以被波长复用。通常，此类示例进一步增加耦合到输出光纤中的亮度，并且耦合的光辐射的波长范围对应于镱或其他有源掺杂剂的吸收带。可以泵浦增益光纤以及其他固态增益介质(例如，块状晶体)。
图6示出了泵浦模块600的实施方案，该泵浦模块用于将二极管光束的第一组和第二组602、604耦合到输出光纤605中。第一组602包括二极管光束的第一子组606a和二极管光束的第二子组606b，该第一子组具有第一波长范围λ1，该第二子组具有与第一波长范围λ1不同的第二波长范围λ2。第二组604包括具有第一波长范围λ1的光束二极管的第一子组608a和具有第二波长范围λ2的光束二极管的第二子组608b。第一子组606a、608a由相应的转向镜610、612接收，该转向镜用于将相应的子组606a、608a引导至相应的二向色元件614、616。二向色元件614、616用于反射相应的第一子组606a、608a并且透射相应的第二子组606b、608b，以形成波长复用光束堆叠618a、618b。波长复用光束堆叠618a、618b由偏振复用器620接收，以形成被偏振复用和波长复用的组合光束堆叠622。偏振复用器620包括：半波光学器件624，用于旋转第一组602的二极管光束的偏振态；和直角棱镜626，用于使第一组602的二极管光束慢进以便与第二组604的二极管光束重叠以形成组合光束堆叠622。转向镜628和物镜630用于接收组合光束堆叠622并且将组合光束堆叠622耦合到输出光纤605中。
图7是作为波长的函数的镱的吸收剖面和二极管功率的曲线图700。如曲线图700所示，二极管光束702具有相似的输出功率，但具有通常彼此间隔开的中心波长。二极管光束通常具有约4nm的未锁定的全宽半最大波长展开度，但是这样的量在二极管与二极管之间可有所不同。在一些泵浦模块示例中，与泵浦模块生成的二极管光束相关联的中心波长可相对于相应的吸收峰704间隔开，诸如在约976nm处的镱的窄吸收峰，包括位于与吸收峰704相关联的波长范围之外(例如，在吸收剖面等于或低于峰吸收的1/2、1/3、1/5或更低的位置)。光纤激光器系统的下游增益光纤可以用具有间隔开的中心波长的二极管光束702泵浦，使得在光纤激光器系统的操作期间，随着光纤激光器部件温度和二极管激光器电流水平变化，吸收峰处的吸收变化704能够以减少的量波动。二极管光束702的解锁中心波长的自然变化可用于更可靠地提供带内功率，以泵浦对应的光纤激光器系统。
在一些示例中，在800nm至1000nm范围内的二极管激光器的未锁定波长中心表现出依赖于温度的波长中心红移，约0.1至0.5nm/℃、0.2至0.6nm/℃、0.25至0.4nm/℃，或其他变化。在一个特定示例中，未锁定的二极管激光器在介于约0.28nm/℃与0.35nm/℃之间变化。锁定的示例通常变化小于约0.02nm/℃、0.002nm/℃、0.0002nm/℃或更小。二极管激光器还可以基于电流水平经历波长中心变化，该电流水平可以在0.2-2.0nm/A、0.3-1.5nm/A的范围内，并且更通常在约0.4至1.1nm/A的范围内。制造出的二极管激光器通常表现出可以分开和分组的波长中心分布，使得可以选择预定的波长中心分布以放置在二极管激光器模块中。所选择的波长中心分布可以在泵浦或直接二极管激光处理期间产生带内功率，该带内功率包括在指令激光输出变化或部件温度因指令激光输出、外部环境因素、内部温度变化、部件故障等而变化时，保持恒定或以减少的量变化。例如，可以相对于吸收峰选择所选择的波长中心分布，以具有中心权重、均匀权重、不均匀权重、偏斜权重、偏移权重等。
在图8中，示出了二极管激光束的归一化强度的曲线图800，其中二极管激光束802以四种增加的电流水平(2A、6A、10A和14A)在介于约900nm与约930nm之间的波长范围内操作，并且二极管激光束804以相同的四种增加的电流水平在介于约965nm与约995nm的范围内操作。用于组合不同波长的二极管激光束(诸如二极管激光束802、804)的二向色元件，通常涂覆有反射涂层，该反射涂层针对预定波长范围提供反射率，并且针对另一预定波长范围提供透射率。二向色元件涂层可提供有光谱特性，该光谱特性包括从将被反射(或透射)的对应波长范围的下限或上限偏移的反射率光谱，使得为波长复用光束提供光谱缓冲806。例如，二向色元件可具有约935nm的反射率和约955nm的透射率，以适应在二向色元件处具有不同反射率或透射率响应的偏振复用光束。
图9A是方法900的示例，其包括在方法动作902处，在泵浦模块中生成具有第一波长范围的激光二极管光束，并且在方法动作904处，在相同的泵浦模块中生成具有不同于第一波长范围的第二波长范围的激光二极管光束。在方法动作906中，具有第一波长范围的激光二极管光束与具有第二波长范围的激光二极管光束复用。在方法动作908处，波长复用激光二极管光束耦合到泵浦光纤中。在方法动作910处，增益光纤接收波长复用激光二极管光束并由其泵浦。在一些示例中，第一波长范围和第二波长范围对应于与由波长复用激光二极管光束泵浦的增益光纤相关联的不同吸收峰。在其他示例中，在波长复用之前对光束进行偏振复用。
在图9B所示的示例性方法中，在方法动作914处，第一波长范围内的第一多个激光二极管光束与第一波长范围内的第二多个激光二极管光束偏振复用，第二多个激光二极管光束具有与第一波长范围内的第一多个激光二极管光束正交或几乎正交的偏振。在方法动作916处，第二波长范围内的第一多个激光二极管光束还可以与第二波长范围内的第二多个激光二极管光束偏振复用，第二多个激光二极管光束具有与第二波长范围内的第一多个激光二极管光束正交或几乎正交的偏振。然后在方法动作918处对偏振复用光束进行波长复用。
在替代方法示例920中，如图9C所示，在方法动作922处，第一波长范围内的第一组激光二极管光束与第二波长范围内的第一组激光二极管光束波长复用，并且在方法924处，第一波长范围内的第二组激光二极管光束与第二波长范围内的第二组激光二极管光束波长复用。在方法动作926处，第一组波长复用激光二极管光束与第二组波长复用激光二极管光束偏振复用。
在另外的示例中，由二极管激光器生成的光束在多个波长处生成，所述多个波长对应于靶的材料的吸收线、吸收峰或吸收带，并且光束被偏振和波长复用并且耦合到光纤中以便产生引导至靶的高亮度组合光束。用于高亮度组合光束的材料工艺的示例包括切割、焊接、燃烧、曝光、激发、烧蚀、熔化、钻孔、增材制造和直接金属激光烧结。基于供应给二极管激光器的设计、配置或功率，可以针对特定应用定制不同波长的辐照度。
在图10中所示的一个示例中，多波长激光器系统1000包括一个或多个多波长二极管激光器模块1002、1004、1006，每个激光器模块用于发射相应的组合光束1008、1010、1012，这些组合光束光学耦合出相应模块并且通常光学耦合到能够传播高亮度光束的光纤1014、1016、1018中。光束1008、1010、1012被接收并与光束组合光学器件1020组合，光束组合光学器件为诸如可以用于平移或移动光束光轴以减小光轴之间的距离的熔融泵浦组合器或几何光学部件(诸如棱镜)。由光束组合光学器件形成的组合光束1022光学耦合到光束整形光学器件1024，该光束整形光学器件可以包括变焦光束扩展器、光束均匀器、聚焦光学器件等中的一者或多者，这些可以改变组合光束1022的传播特性，以在光束光斑1027处形成具有对应整形特性的整形光束1026。整形光束1026由激光扫描仪1028接收，激光扫描仪通常为2D或3D电流计型扫描仪，其包括一个或多个扫描镜，一个或多个扫描镜在多波长激光靶1032处将扫描光束1030引导至光束光斑1027。
模块1002包括多个二极管组1034a、1034b，其中每个二极管组包括用于以第一波长λ1发射对应光束的多个二极管激光器，以及多个二极管组1036a、1036b，其中每个二极管组包括用于以第二波长λ2发射对应光束的多个二极管激光器。由二极管组1034a、1034b发射的光束用偏振复用器1038组合，并且由二极管组1036a、1036b发射的光束用偏振复用器1040组合，从而使光束亮度加倍。偏振复用光束由波长复用器1042接收，第二次使光束亮度加倍，以形成组合光束1008。附加的多个激光器组1044a、1044b可用于以可以用偏振复用器1046偏振复用的附加波长λN和用波长复用器1042或附加波长复用器复用的波长发射光束。在一些示例中，所选择的波长组是波长复用的，并且两组波长复用光束是偏振复用的。
单独的激光驱动器1048、1050、1052可以电耦合到模块1002，以分别从二极管组1036a、1036b和二极管组1044a、1044b为二极管组1034a、1034b供电。激光驱动器1048、1050、1052可以类似地耦合到模块1004、1006，或者可以使用附加的激光驱动器。激光驱动器1048、1050、1052耦合到控制器1054，该控制器包括计算环境。合适的控制器类型可包括一个或多个计算机设备、CPLD、PLC、PLD、PAL、ASIC等，其中每一者通常包括一个或多个处理器1056和一个或多个存储器1058，用于控制激光驱动器1048、1050、1052以及多波长激光系统1000的其他部件的调制特性，诸如输出电压。存储器1058可包括易失性存储器，诸如寄存器、高速缓存和RAM、非易失性存储器，诸如ROM、EEPROM和闪存，或者其组合。存储器1058可由处理器1056访问，并且可以可由处理器1056执行的计算机可执行指令的形式存储软件。存储器1058还可包括可移动或不可移动存储器，包括磁介质、CD-ROM、DVD或可用于以非暂态方式存储信息并且可以在计算环境内访问的任何其他介质。
在典型示例中，存储器1058可存储指令、查找表和数据阵列，以举例的方式，实现多波长激光处理技术。例如，激光控制器1054可包括模式文件1060，该模式文件包括扫描指令，使得激光扫描命令1062可以被发送至激光扫描仪1028以处理靶1032的预定位置、路径、持续时间等。控制器1054还可以包括材料吸收/功率表1064，其包括材料特定的吸收值和相关联的功率电平，包括依赖于波长的吸收和功率电平。控制器1054可以改变相应激光驱动器1048、1050、1052的电输出1066、1068、1070，以改变组合光束1008在不同波长λ1、λ2、λN处的相对功率。用类似地耦合到其他模块1004、1006的二极管组的激光驱动器1048、1050、1052，可以为组合光束1010、1012提供依赖于波长的功率的类似变化。
例如，靶1032可包括具有不同的依赖于波长的吸收特性或期望激光处理效果的材料区域1072、1074、1076、1078。在扫描光束1030沿扫描方向1080的主动移动期间，控制器1054可以基于吸收/功率表1064和模式文件1060确定要提供的功率电平，该模式文件包括针对激光扫描仪1028的视场中靶1032的各种位置的材料类型标识符。还可以基于靶1032的预定材料配置文件1082来调整功率电平，使得在处理期间或针对不同的靶可以选择具有相关吸收和功率特性的不同材料类型或过程。材料配置文件1082还可以提供功率校正、调制或可以基于处理的靶或靶层的类型而变化的其他值。一些材料例如可包括多个层，并且激光处理可涉及针对特定材料的不同材料层或不同吸收峰的瞄准。在一些示例中，一个或多个光电探测器1084、1086光学耦合到靶1032，例如通过相应的分束器1088、1090耦合或直接通过透镜1092耦合。吸收特性或其他材料特性可以无源地或用有源照射(诸如用探头光束源1094)来确定，并且材料的吸收特性可以在光电二极管查找表1096中相关。
激光器系统1000可用于需要多个波长的各种应用中，特别是在多个波长处提供高亮度处理光束的应用中。在一些系统示例中，基于靶1032的材料或靶的材料层的一个或多个吸收峰、吸收线或吸收带来选择激光二极管的发射波长。一些吸收峰可对应于生物医学应用，诸如脂肪组织吸收。预定的或检测到的靶脂肪含量或类型可以用控制器1054确定为组合光束1008、1010、1012选择的光谱含量和功率电平。除了提供用于泵浦基于镱的光纤激光器的多个波长(例如，接近920nm和976nm)之外，其他固态介质还可受益于模块1002、1004、1006的高亮度和可配置的激光泵浦能力。例如，钒酸钕(Nd:YVO4)晶体通常在多个波长处具有吸收峰，该多个波长包括808nm、885nm、878nm以及888nm。在一些示例中，由每个模块1002、1004、1006选择并生成两个或更多个吸收峰。
在一些示例中，靶1032可包括细金属粉末或其他选择性熔化或增材制造靶材料。可以选择模块1002、1004、1006中的激光二极管，使得发射的光束对应于已经过激光处理的金属粉末或靶1032的部分的不同吸收峰或反应特性，包括提供与所选择的功率电平的减少或增加的吸收相关联的波长。在一些系统示例中，激光处理技术可以在扫描期间或扫描靶之间改变。例如，模式文件1060可以识别具有依赖于波长的处理特性的处理类型或子处理类型，使得激光器系统1000可以在切割和焊接、选择性熔化和切割、切割和钻孔等之间改变，其中功率电平和所选择的波长根据特定过程或子过程的要求而变化。
图11描绘了多波长激光处理方法1100的示例。在激光处理期间，由激光源生成的至少一个激光束1102相对于靶1104进行扫描，诸如通过在扫描方向1105上在激光扫描仪视场中扫描激光束1102跨靶1104的移动、靶1104的移动，或扫描这两者。激光束1102可以包括多个单独的二极管激光束，其中各个二极管激光束的组具有不同的发射波长，并且不同波长的光束组具有彼此分开的可选择的功率电平。为了直接基于各个二极管激光器为激光束1102提供相当大的亮度，生成激光束1102的激光源通过对波长光束组的光束进行偏振复用并对偏振复用波长光束组进行波长复用来形成。在另外的示例中，首先对不同波长的光束组进行波长复用，然后对一对波长复用光束组进行偏振复用。偏振复用和波长复用光束光学耦合到光纤中或经由自由空间(例如，用准直光学器件或其他中继光学器件)以提供激光束1102，使得它可以被引导至靶1104。
在激光处理期间，诸如在扫描移动期间或在扫描移动之间，可以基于检测到的或预定的靶特性来调整激光束1102的特性，或者产生不同的激光处理效果。例如，激光束1108由激光源生成并且以预定的光束特性被引导至靶1104的第一区域1106，诸如选择的光斑尺寸ω1、激光功率电平P1和波长含量λ1、λ3，以使具有预定光学吸收特性的靶部分1110熔化或退火。在相邻区域1112处，用相应的激光束1116a、1116b、1116c钻出或切割多个区域1114a、1114b、1114c，相应的激光束用以功率电平P2、光斑尺寸ω2和波长含量λ1、λ2、λ3操作的相同激光源生成。在相邻的区域1118中，处于所选择的光斑尺寸ω3和功率P3的激光束1102基于相对于表面区域1122的透明度选择的所选泽的波长λ1、λ2在表面下方部分1120中提供子表面材料变化。
根据所公开的技术的原理可以应用的许多可能的实施方案，应当认识到，所示出的实施方案仅仅是代表性示例，而不应被视为限制本公开的范围。在这些部分中具体提到的替代方案仅仅是示例性的，并不构成对本文所述实施方案的所有可能的替代方案。例如，本文所述的系统的各个部件可以在功能和用途上组合。因此，我们要求落在该范围内以及符合所附权利要求精神的一切内容的所有权。

Claims (29)

1.一种方法，包括：
以第一波长从相应的二极管激光器生成一个或多个泵浦光束；
以不同于所述第一波长的第二波长从相应的二极管激光器生成一个或多个泵浦光束；
将所述第一波长的所述一个或多个泵浦光束中的至少一个与所述第二波长的所述一个或多个泵浦光束中的至少一个组合，以形成至少一个组合泵浦光束；以及
将所述至少一个组合泵浦光束引导至泵浦光纤。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：
将所述至少一个组合泵浦光束耦合到增益光纤，以便在所述增益光纤中产生光学增益。
3.根据权利要求2所述的方法，还包括：从所述增益光纤生成处于输出光束波长的输出光束。
4.根据权利要求2所述的方法，其中所述增益光纤包括镱掺杂的纤芯，并且所述第一波长对应于与900nm至930nm的所述波长范围相关联的镱吸收峰或吸收带，并且所述第二波长对应于与970nm至980nm的所述波长范围相关联的镱吸收峰或吸收带。
5.根据权利要求1所述的方法，还包括缩窄来自所述相应二极管激光器的所述第二波长的一个或多个泵浦光束的所述线宽。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述缩窄所述线宽包括用一个或多个外部衍射光栅形成用于所述相应二极管激光器的外部激光腔体。
7.根据权利要求5所述的方法，还包括缩窄来自所述相应二极管激光器的所述第一波长的一个或多个泵浦光束的所述线宽。
8.根据权利要求1所述的方法，还包括：对所述第一波长的多个光束和所述第二波长的多个光束进行偏振复用。
9.根据权利要求1所述的方法，其中在相应的波长中心处生成所述第二波长的多个所述泵浦光束，所述相应的波长中心包括预定的二极管激光器温度的波长中心，所述波长中心在处于970nm至980nm范围内的镱吸收峰之外，以便减小与所述镱吸收峰相关联的吸收功率的变化和所述波长中心的依赖于温度和/或依赖于电流的漂移。
10.根据权利要求3所述的方法，其中所述增益光纤包括：光纤主振荡器，所述光纤主振荡器用于生成信号光束；和光纤放大器，所述光纤放大器用于接收所述信号光束并且放大所述信号光束，以便产生所述输出光束。
11.根据权利要求10所述的方法，其中与所述增益光纤相关联的SRS阈值为至少4kW。
12.根据权利要求1所述的方法，其中由所述泵浦光纤接收的所述组合泵浦光束提供至少3.0W/(mm-mrad)2的泵浦亮度。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述泵浦纤维具有直径选自100μm和110μm之间且NA选自0.14和0.16之间的纤芯。
14.根据权利要求12所述的方法，其中所述泵浦亮度为至少4.0W/(mm-mrad)2。
15.根据权利要求1所述的方法，还包括：
以‘n’波长从相应的二极管激光器生成一个或多个泵浦光束；
其中‘n’包括所述第一波长和所述第二波长，并且每个所述‘n’波长都与镱激光器的一个或多个吸收带相关联。
16.根据权利要求1所述的方法，还包括：
将所述至少一个组合泵浦光束耦合到激光增益介质，所述激光增益介质包括Nd、Yb、Ho、Er或Tm掺杂的光学材料，以便在所述激光增益介质中产生光学增益，并且所述第一波长和所述第二波长对应于所述掺杂的光学材料的吸收峰或吸收带。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述激光增益介质包括半导体、气体或液体材料。
18.一种方法，包括：
以第一波长从相应的二极管激光器生成一个或多个光束；
以不同于所述第一波长的第二波长从相应的二极管激光器生成一个或多个光束；
将所述第一波长的所述一个或多个光束中的至少一个与所述第二波长的所述一个或多个光束中的至少一个组合，以形成至少一个组合光束；以及
将所述至少一个组合光束引导至靶；
其中所述第一波长和所述第二波长对应于相同或不同材料或材料层或所述靶的部分中的相应吸收线、吸收峰或吸收带。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述将所述至少一个组合光束引导至所述靶包括以下各项中的一者或多者：切割、焊接、燃烧、曝光、激发、烧蚀、熔化、钻孔或增材制造所述靶。
20.根据权利要求18所述的方法，其中所述靶包括合金、塑料、不均匀材料和材料堆叠中的一种或多种。
21.一种激光二极管封装，包括：
导热外壳；
第一多个二极管激光器，所述第一多个二极管激光器用于发射具有第一波长范围的对应激光束；
第二多个二极管激光器，所述第二多个二极管激光器用于发射具有不同于所述第一波长范围的第二波长范围的对应激光束；
波长复用器，所述波长复用器用于接收所述第一多个激光束和所述第二多个激光束，并且基于所述第一波长范围和所述第二波长范围之间的差异来组合所述激光束；
聚焦光学器件，所述聚焦光学器件用于接收和聚焦所述组合激光束；和
输出光纤，所述输出光纤用于接收所述聚焦的组合激光束。
22.根据权利要求21所述的激光二极管封装，还包括：
第一偏振复用器，所述第一偏振复用器用于接收和组合具有第一偏振态的所述第一多个激光束的第一子组和具有与所述第一偏振态正交的第二偏振态的所述第一多个激光束的第二子组，以产生引导至所述波长复用器的第一组偏振复用激光束；和
第二偏振复用器，所述第二偏振复用器用于接收和组合具有第一偏振态的所述第二多个激光束的第一子组和具有与所述第一偏振态正交的第二偏振态的所述第二多个激光束的第二子组，以产生引导至所述波长复用器的第二组偏振复用激光束。
23.根据权利要求22所述的激光二极管封装，其中所述第一波长范围介于900nm与930nm之间，并且所述第二波长范围介于970nm与980nm之间。
24.根据权利要求22所述的激光二极管封装，其中所述波长复用器包括二向色光束组合器，所述二向色光束组合器具有反射率，以便反射所述第一组偏振复用激光束，并且具有透射率，以便透射所述第二组偏振复用激光束；
其中基于所述第二多个激光束的所述第一部分的所述线性偏振态与所述第二多个激光束的所述第二部分的所述线性偏振态之间的透射率差异，从所述第二波长范围缓冲所述透射率。
25.一种激光器系统，包括：
泵浦模块，所述泵浦模块用于将第一波长范围和不同于所述第一波长范围的第二波长范围中的泵浦光耦合到泵浦光纤中；和
增益光纤，所述增益光纤具有有源掺杂的纤芯，以便具有对应于所述第一波长范围和所述第二波长范围的吸收光谱，所述增益光纤用于接收所述泵浦光并且产生输出波长的输出光束。
26.根据权利要求25所述的激光器系统，其中所述增益光纤包括：主振荡器，所述主振荡器用于生成信号光束；和光纤放大器，所述光纤放大器用于接收和放大所述信号光束，以便产生所述输出光束。
27.根据权利要求25所述的激光器系统，其中所述第一波长范围介于900nm与930nm之间，并且所述第二波长范围介于970nm与980nm之间。
28.根据权利要求25所述的激光器系统，其中所述泵浦模块包括：第一多个二极管激光器，所述第一多个二极管激光器用于生成具有所述第一波长范围内的波长的多个对应的二极管激光泵浦光束；和第二多个二极管激光器，所述第二多个二极管激光器用于生成具有所述第二波长范围内的波长的多个对应的二极管激光泵浦光束；
其中所述第一多个二极管激光泵浦光束被偏振复用，并且所述第二多个二极管激光泵浦光束被偏振复用，并且所述第一多个偏振复用二极管激光泵浦光束与所述第二多个偏振复用二极管激光泵浦光束波长复用。
29.根据权利要求25所述的激光器系统，其中所述波长复用二极管激光泵浦光束以至少3.0W/(mm-mrad)2的泵浦亮度耦合到所述泵浦光纤中。
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