CN109690885B - 具有诱导杂散光损耗机制的光纤激光器系统 - Google Patents

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Abstract

一种在光纤激光器系统中诱导杂散波长的光的损耗的方法包括：提供与馈送光纤和加工光纤间隔开且在其之间或与馈送光纤的端部输出间隔开的波长鉴别器(WD)，以便诱导光在杂散波长的损耗。实现所公开方法的设备配置有激光源、输送光纤和在待加工表面和输送光纤的端部之间间隔开距离的WD，其中WD在自由空间上接收杂散光，并且被配置为诱导光在杂散波长的损耗的二向色滤光器。

Description

具有诱导杂散光损耗机制的光纤激光器系统
技术领域
本发明涉及光纤激光器系统，其配置有在自由空间上接收杂散波长和信号波长的光的波长鉴别器(WD)，并且被配置为使得杂散波长的光在光纤激光器系统中的损耗最大化。
背景技术
在许多光纤激光器系统中，无用的杂散波长的激射是不希望的，并且可能由若干因素引起。这些因素中的一个因素是存在非线性效应(例如，受激拉曼散射(SRS))。另一个因素涉及掺杂有不同种类的稀土离子的增益介质以及增益介质中存在不同的激射水平(例如，基于铒(Er)/镱(Yb)掺杂介质的Er激光器中的Yb辐射。以上公开的列表不是排他性的，可以大大扩展。杂散激射严重限制了高增益固态激光器的性能。它降低了光学系统的整体效率，损害了各个组件，并且使光学系统的操作不稳定。
在以不可控制的后向反射为特征的光纤激光器系统中，杂散波长的辐射问题变得更加严重。当杂散波长的后向反射水平根据激光器处理工艺、材料表面状况和系统参数大大改变时，用于加工各种材料的光纤激光器系统特别容易受到影响。
参考图1，用于加工工件的典型工业光纤激光器系统10必须包括：光源，其可以具有一个或多个增益块12(这里被示出为激光器)；以及输送光纤，通常包括馈送光纤14或馈送和加工光纤，将光导向待加工的表面16。增益块12配置有有源光纤22(其例如掺杂有Yb离子)，并且通常配置有分别为输入和输出的无源信号光纤18、20。无源光纤18、20通过接头24耦合到有源光纤22的相应的相对端。无源光纤和有源光纤与无源馈送光纤14一起限定了波导，该波导支持在增益块12和表面16之间传播单一波长的光。通常，波导的输出端耦合到输出光学耦合器(例如，由石英制成的扩束器25)，并且被配置为降低输出光的功率密度。扩束器25的输出表面通常设置有抗反射(AR)层或使从待处理表面后向反射到波导中的信号光的传播最小化的任何其它波长鉴别器(WD)。然而，对于与信号光的信号波长不同的、由于相对较高的光强度和光纤长度而源自光纤激光器系统及其输送光纤的其它杂散波长的光来说，AR层却是透媒式的(transparent)。换句话说，信号光具有足够的功率以超过用于产生非线性效应的阈值，从而在输送无源光纤中产生杂散波长的光。
耦合到馈送光纤14的光具有的功率可以基于增益块12的数量而在几百瓦到几百千瓦之间任意变化。馈送光纤14的长度可以是实质上依赖于表面16相距激光光源的距离多远。功率和光纤长度都是产生非线性效应(例如，SRS)的主要因素。结果，图3中的从馈送光纤14的输出端发射的光的光谱通常包括分别为1070±xnm和1125±xnm的信号和杂散波长，然后它们入射到表面16上。至少部分入射光后向反射到馈送光纤14中，馈送光纤14将其导引向激光光源。
由于AR涂层27对来自表面16的后向反射杂散光无效，因此在表面16与图1的系统10内的任何形成物之间形成能够激射杂散光的谐振器，其能够将该光溯源反射回表面16。例如，激光器系统10(图1)的示意图的高反射率光纤布拉格光栅(HRFBG)26由于其反射率谱(如图2中所示)而溯源反射大部分的后向反射杂散光。当然，除了HR FBG 26之外，图1中的接头24和能够使杂散波长的后向反射光转向的其它内部障碍物也是不可忽视的因素。
谐振器的形成由表面和后向反射形成物之间的增益介质竞争。因此，增益介质可以是包括有源光纤22、无源光纤18和20以及馈送光纤14或其任何单独部分在内的整个波导。后者的示例是放大杂散的、不期望的Er波长的光的Er激光器。耦合到现有光纤的任何附加输出光纤和/或附加放大级联仅增加了杂散波长的光所经历的增益。因此，在从外表面16后向反射杂散波长的光的情况下，该杂散谐振器的质量(Q)因子增加，并且杂散波长的产生开始。
因此，非常希望杂散谐振器中不期望的光的损耗尽可能高，以便抑制外部后向反射并降低Q因子。通过对杂散波长的光进行过滤来满足该一般要求。
这里的问题是在杂散谐振器内应安装损耗诱导机制。在下面公开的系统中已经进行了若干次旨在防止杂散波长后向反射的尝试。
例如，USP 7912099公开了位于构成光纤激光光源的相邻增益块之间的倾斜光纤布拉格光栅(FBG)。此外，在输送光纤中写入至少一个FBG。倾斜的FBG(特别是在其中在从激光源发射光之后输出光应在自由空间上传播的光纤激光器系统中使用的那些)会有某些缺点。例如，FBG包括不期望地损耗信号波长的信号光；其反射带宽相当窄，允许相当大部分的后向反射杂散光沿相反方向沿波导传播。杂散波长的后向反射光沿着馈送光纤被导引，该馈送光纤用作针对待加工的表面和FBG之间的前向和后向反射光的增益介质。总而言之，所公开的FBG的配置并不灵活：在不对信号波长的光产生不利影响的情况下，不能使其更深和/或更长。
因此，希望提供一种波长鉴别机制，其诱导损耗杂散波长的光，并且被配置为比已知的波长鉴别元件更灵活。此外，希望提供一种光纤激光器系统，其配置有在后向反射杂散光耦合到输送光纤中之前诱导损耗后向反射杂散光的波长鉴别组件。
在USP 80813786中公开了操作用于使得杂散波长的后向反射辐射的有害影响最小化的光纤激光器系统的又一个示例。所公开的激光器系统包括光学组件，光学组件位于增益级之间，并且被配置为衰减在输送光纤中产生的杂散波长的光。然而，在该激光源中，杂散波长的光在输送光纤中沿相反的前向和后向方向不受控制地传播，这引起上述所有问题。
通常，工业光纤激光光源(包括本专利中公开的光纤激光光源)设置有将光导引到待被激光处理的表面的输送光纤。通常，输送光纤具有相当长的长度。光纤激光器系统领域的普通技术人员清楚地意识到，更大的光纤长度降低用于产生SRS的阈值。
许多光纤激光器系统包括无源加工光纤，其将光输送到远程位置，因此通常具有相当长的长度。由于高光强度(可能达到数百千瓦)和高光纤长度，加工光纤用作增益介质或拉曼有源介质。通常，在高功率光纤激光器系统中，加工光纤借助于体导引光学组件(例如，光束耦合器或光束开关)从连接到系统的输出光纤的馈送光纤接收光。左侧不受控制的杂散光可以以非常高的功率水平从输送光纤发射。这种不期望的发射的结果包括对待激光加工的工件产生不期望的影响。然而，许多工业应用不能容忍杂散光的存在。此外，并非所有入射到工件上的杂散光都被吸收。因此，从工件后向反射的杂散光的一部分耦合到馈送光纤中，并且朝向增益块和泵传播。这呈现了上面所讨论的关于光纤激光器系统的问题，其中杂散光通过增益块后向传播到泵。
因此，需要一种在“杂散”谐振器或针对杂散光的增益介质中增加杂散波长的光损耗的方法。
对于实现本发明方法的光纤激光器系统存在另一种需求，该光纤激光器系统设置有被配置为在“杂散”谐振器中增加杂散波长的辐射损耗的波长鉴别机构。
发明内容
通过提供在输送光纤系统(该输送光纤系统包括馈送光纤和加工光纤)中或在该输送光纤系统外部放置用以发散、准直或聚焦光束的波长鉴别器(WD)的方法来满足上述需求。所公开的光纤激光器系统利用波长鉴别器(WD)实现上述方法，该波长鉴别器被配置为诱导损耗杂散光同时透射信号光，而实际上不会造成任何损耗。如本文所公开的，该方法和光纤激光器系统通过最小化信号波长的损耗并且实际上消除外部不可控参数对系统的输出稳定性的影响，来使单模(SM)或多模(MM)中高功率光纤激光器系统受益。
根据本公开的一个方面，所公开的方法包括：在馈送光纤的输出端和待被加工的表面之间提供WD。结果，在杂散谐振器中循环的杂散波长的光经历损耗，这使得针对非线性效应的阈值较高，这反过来形成信号光的更高的稳定输出功率。
在本发明的另一方面中，上述前述方面的上述方法还包括：选择WD以使谐振器中杂散波长的后向反射光最小化。WD被配置为耦合到扩束器的多层二向色镜，扩束器可操作地连接到输送光纤系统的输出。信号波长和杂散波长的光在扩束器内的自由空间上传播，然后在通过WD时被滤光。这种配置对于输出高达几千瓦辐射的中功率光纤激光器系统特别有利，但这不是排他性的。
仍然结合任何上述方面，所公开的方法还包括：将WD放置在非光纤组件(例如，耦合器和光束开关)中，使得当信号或工作波长和杂散波长的光在被WD滤光之前在馈送光纤和自由空间上传播。这一方面对于辐射10至100kW输出的高功率光纤激光器系统特别有利，因为加工光纤将实际上不是杂散频率的光导引到工件。
在本公开的又一个方面，任何上述方面的方法包括不仅防止杂散波长的后向反射光而且防止在光纤输送系统上游产生的前向传播的杂散光。杂散波长的光由两个变量之和确定，一个变量是内部反射，它取决于光纤激光器系统的参数并因此是恒定的，另一个变量是外部反射，它是杂散波长的可变后向反射光的函数。因此，在后向反射的杂散光被阻挡进入谐振器的情况下，无论系统输出中包含的杂散波长的光是什么样的杂散光，它都是恒定的，并且因此容易确定。
在本发明的另一方面中，任何上述方面的WD被定位为相对于准直器的光轴成可调节的角度，以便在杂散谐振器中消除杂散波长的后向反射光，而不会诱导显著损耗信号/工作波长的光。
根据又一方面，上述方面的方法还包括：测量系统输出光的功率和光谱以及杂散波长的后向反射光的功率。
本公开的另一方面涉及一种使光纤激光器系统的增益介质中的杂散光损耗最大化的方法以及任何上述公开方面或独立于其的方法。
所公开的光纤激光器系统配置有WD，并且实现上述方面中的每一个和任何组合中公开的方法。
附图说明
在下面结合附图的具体描述中详细讨论了上述和其它方面，在附图中：
图1是根据现有技术的光纤激光器系统的示意性光学示意图；
图2是图1的1070nm波长的高反射光纤布拉格光栅(HRFBG)的反射光谱；
图3是在产生拉曼信号期间图1的激光器的发射光谱；
图4是所公开的具有WD的光纤激光器系统的光学示意图，WD操作用于通过溯源反射后向反射的杂散波长的光来诱导损耗杂散波长的光。
图5是图4的WD的反射光谱；
图6是在具有图4的WD的情况下和没有WD的情况下的用于确定针对非线性效应(比如，SRS)的阈值的实验光纤激光器系统的示意图；
图7A至图7C示出了不同输送光纤长度下的图6的实验系统的输出的瓦特安培特性；
图8示出了作为图6系统中的输送光纤长度的函数的拉曼产生阈值；
图9A至图9B示出了具有和不具有图4的WD的情况下的、在与针对非线性效应(比如，SRS)的相应阈值相对应的输出功率下的、图6的实验激光系统中的HR FBG上游的发射光谱；
图10示出了作为在所公开的图4的光纤激光器系统中的该光的外部反射的函数的杂散拉曼波长的附加光损耗；
图11示出了来自杂散光的外部反射的输出功率，该输出功率表示具有和不具有WD的系统4的与非线性效应(例如，SRS)的相应阈值相对应的输出之间的差，其中两幅曲线图表示具有相应不同输送光纤长度的光纤激光器系统；
图12是设置有WD的所公开的光纤激光器光学系统的一般示意图，WD被配置为在拉曼有源介质中诱导杂散光损耗；
图13是图12的光纤激光器系统的详细示意图；
图14示出了图12和图13的光纤激光器系统中的WD安装结构；
图15是图12和图13的WD的透射光谱；
图16是图12和图13的具有和不具有WD的所公开的光纤激光器系统的发射光谱；以及
图17示出了在不同的全功率下的具有WD和不具有WD的图13的系统的激光光谱。
具体实施方式
现在详细参考本发明的实施例。在有可能的情况下，附图和说明书中使用相同或相似的附图标记来表示相同或相似的部件或步骤。附图为简化形式，且不是按精确比例绘制的。术语“耦合”和类似术语不一定表示直接和立即连接，而是还包括通过中间元件或设备的连接。
图4示出了本公开的一个方面。如所示，光纤激光器系统30被配置为实现使得在杂散谐振器中杂散波长的光的损耗最大化的本发明的方法。在系统30的操作期间，杂散谐振器由作为光纤波导的增益介质形成，光纤波导在反射光的激光处理的表面16和在光纤波导中的在输送光纤38的输出端之间的、能够溯源反射后向反射的光的任何形成物之间延伸。
光纤激光器系统30被结构化为类似于图1的系统10，并且包括具有增益块12的激光源，增益块12配置有以24彼此拼接的光发射器掺杂的有源信号光纤22输入、无源信号光纤18和20、以及无源输出光纤21。增益块12可以被配置为激光器或放大器，并且为了说明的目的，它被配置为在写入相应的无源信号光纤18和20中的HR FBG 26和低反射率(LF)FBG28之间限定的光纤激光器。
扩束器25配置有WD 32，WD 32实现本公开的主要构思之一：在光纤激光器系统30中诱导杂散波长的光损耗。特别地，图4的WD 32增加在杂散谐振器中对杂散光的损耗。随着谐振器中杂散光的损耗增加，针对非线性效应(比如，SRS)的阈值变得更高，这反过来使得系统光的输出更高、更稳定，并且工件的表面16被加工地更好。
激光器12是以准连续状态(QCW)操作的单横模(SM)法布里-波罗振荡器，其以工作波长为1070nm的中心信号λ1s1发射信号光，并且光强度足以超过用于在馈送光纤14中产生杂散光的阈值。在本公开的上下文中，杂散光是拉曼散射的结果；然而，如普通技术人员容易认识到的，此处还考虑使得能够产生杂散波长的光的其它非线性效应。它还可以被配置为以多横模方式输出系统光，并且以不同于1070nm的中心波长的CW或脉冲状态操作，这取决于有源光纤22中的发光离子的类型。
如图5所示，WD 32对信号波长λ1为1070±2nm的信号光是透明的。然而，WD 32可以被配置为防止杂散波长λ3ebr的外部后向反射光，并且将其溯源反射回到表面16，如λ3eprr所示。WD 32包括二向色镜。如本领域普通技术人员所知，二向色滤光器配置有在玻璃基板上建立的、具有不同折光指数的交替的光学涂层。不同折光指数和高反射率指数(高达99％)的层之间的界面产生相位反射，选择性地增强光的某些波长并干扰其它波长。通过控制层的厚度和数量，可以调整滤光器的通带的波长，并且根据需要将通带的波长设置为做宽或窄。因为不期望的波长是被反射而不是被吸收，因此二向色滤光器在操作期间不会吸收这种不期望的能量，否则会导致过高的温度，最终导致滤光器分散(distraction)。
设置有WD 32的系统30中杂散波长的总光是两个变量的总和：来自WD的内部反射光和来自系统内部或外部系统障碍物(例如，表面16)的外部反射光。内部杂散光λip的份额被定义为R*D2/(2*L*A)2，其中D-输送光纤的直径，R-WD的杂散波长的反射系数，A-激光辐射的NA，并且L-激光在扩束器内自由空间传播的距离。耦合到谐振器中的杂散波长的外部光对内部光没有影响。
外部产生的杂散波长λepbr的杂散后向反射光的份额被确定为R1*(1-R)2，其中R1是耦合到谐振器中的杂散波长的后向反射光。因此，通过调整WD 32的反射率R，可以显著减少这种光的份额，甚至可以将其实际消除。例如，在R＝0.95的情况下，与具有常规WD的图1的系统10相比，系统30使得杂散波长的光损耗增加了400倍。
回到图4，WD 32涂覆在端部连接器(例如，扩束器25)的输出表面40上，并且被配置为处理在前向和后向反射传播方向上传播的杂散光。备选地，WD 32可以是单独的元件，其两个相对的面沿相应方向反射杂散波长的光。无论具体配置如何，WD 32都会在杂散谐振器中诱导杂散波长的光的损耗。
WD 32散射内部产生的杂散波长λ3ip的光，该杂散波长λ3ip的光沿前向传播方向在扩束器25中的自由空间上传播，然后入射到WD 32上。只有一小部分后向反射内部产生的杂散光λ3ipbr被耦合回馈送光纤14的芯中，该光的大部分份额被散射并且不会进入光纤14的芯，如蓝色箭头所示。结果，WD 32极大地减少了内部产生的杂散光向表面16的传播，表面16当然基本上不受这种光的影响，这取决于WD 32的反射系数。
外部产生的杂散波长λ3epbr的后向反射光(即，内部产生的杂散光中的设法传播通过WD 32的一部分杂散光)从表面16向系统30的波导后向反射。然而，WD 32溯源反射后向反射光λ3eprr，因此最小化了耦合到谐振器中的外部杂散光。在没有WD 32的情况下，如果耦合到谐振器中并且放大，则外部产生的杂散光可能在后向反射方向上损坏激光器12的光学组件，并且当从波导中的任何给定形成物溯源反向反射时，在前向方向上对表面16产生不利影响。
众所周知，当谐振器中杂散光所经历的增益等于该光的损耗时，在激光器中产生光，在这种情况下所产生的光为杂散光。因此，SRS的附加损耗造成更高的输出功率。下表示出了证实上述内容的结果。
Figure GDA0002605319160000091
从上表可知，假设在具有所公开的WD的系统和具有常规WD的系统中输送光纤的长度相同的情况下，在具有所公开的WD的系统中针对拉曼产生的阈值发生的功率是具有常规WD的系统中针对拉曼产生的阈值发生的功率的大约1.4至2倍。
假设在系统30中所公开的WD诱导24.3dB的附加损耗。为了达到激射杂散拉曼光的阈值，其增益应比图1的系统10的增益高24.3/2＝12.3dB。后者通过以下事实来说明：谐振器中的信号被放大两倍，而损耗仅在辐射后向反射到谐振器中时发生一次。
上面公开的表中的数据已经由与图1和图4中的各个系统类似的图6的系统45获得。特别地，激光源包括无源光纤18、20和有源光纤22，每个光纤具有针对杂散波长的光的14μm模场直径(MFD)。该源配置有Fabri-Perrot谐振器，该谐振器以1070nm信号工作波长在QCW状态下操作，并且输出1500W的峰值功率。系统的输出端设置有SM光连接器/扩束器25。通过在具有常规涂层的扩束器25和所公开的WD 32之间交替来进行测试，WD 32对1070nm的信号光是透媒式的，并且反射1115nm和1150nm之间的光谱区域中的杂散光。通过确定激光辐射的光谱和HR FBG26上游的辐射功率增加以及辐射功率的输出增加的板34下游的功率计中的功率饱和来控制针对拉曼产生的激射阈值的出现。
图7A至图7C示出了系统的输出峰值功率，该输出峰值功率是表中公开的并且由在所公开的测试期间由图6的实验系统45获得的输送光纤14的每个长度下的二极管泵38处的输入电流的函数。所公开的具有WD 32的系统的特征在于显著更高的峰值功率。
图8示出了作为输送光纤14的长度的函数的拉曼产生阈值。根据本公开的构思基础，所公开的具有WD 32的系统具有比图1的系统10的阈值高得多的阈值。
图9A和图9B示出了在触发拉曼产生的功率下图6的系统45的HR FBG 26上游的激光发射的相应光谱。图9A表示具有所公开的WD 32的系统45，而图9B表示设置有常规WD并且特征在于阈值所处的功率低于图9A中的阈值所处的功率的系统45。
基于上面公开的测试结果，具有和不具有WD 32的系统45的用于拉曼产生的谐振器中的损耗差异明显取决于杂散波长的后向反射光的水平，并且等于外部变量和内部变量之间的差。图10是具有设置有WD 32和常规WD的扩束器25的图6的系统45中的杂散光的附加损耗的曲线图。
图11示出了在所公开的和现有技术的系统(Wods-Wopa)中激光发射的最大输出功率的差异，其作为在达到针对非线性效应的阈值之前的后向反射杂散光的水平的函数。蓝色曲线与设置有4米长输送光纤的这些系统之间的输出差异相对应，而红色曲线与设置有10米长输送光纤的所公开的系统和现有技术系统相对应。即使在大约0.1％的微小后向反射耦合到输送光纤的芯中时，最大输出功率的差大约为150W至200W，这与1000W至1500W范围内的标称输出功率相比是相差很大的。
总之，基于前述内容，所公开的WD在谐振器中引起杂散光的大量附加损耗，从而有效地抑制杂散波长的后向反射光。抑制后向反射光有助于谐振器中用于产生杂散光的阈值较高。随着谐振器中杂散光的后向反射增加，在达到针对非线性效应的阈值之前，所公开的系统和现有技术系统的输出功率的差增加(参见图11)。对于SM QCW激光器，根据后向反射的水平和输送光纤的长度，这种差可以高达750W。
图12和图13分别示出了高功率光纤激光器系统50、55，其配置有其原则上可以用于图4至图11的激光器系统30中的二向色WD 56(例如，体滤光器)。WD 56可以位于光纤到光纤耦合器60(图12)中，光纤到光纤耦合器60在馈送光纤14和无源加工光纤62之间提供光通信，从而将光导向最终目的地。备选地，WD 56可以安装在光束开关54(图13)中，光束开关54通常通过相应的无源加工光纤62将来自激光源的辐射分配到不同的光接收器。在任一种情况下，馈送光纤14耦合到激光源12的无源输出光纤，并且用作针对杂散光的增益介质，而二向色WD 56操作用于在杂散光耦合到加工光纤/增益介质62之前以反射前向传播的杂散光。耦合到增益介质62中的杂散光的量取决于WD 62的反射系数，这可以防止高达99％的该光进入增益介质而不会显著衰减信号光。
具体转向图12，高功率光纤激光器系统50可以限于激光器12或者具有一个或多个放大级联或增益块52，每一个至少包括有源光纤，但通常具有有源和两个无源输入和输出光纤的组合。系统输出光耦合到馈送光纤14中，馈送光纤14将其导引到光纤到光纤耦合器60，光纤到光纤耦合器60在馈送光纤14和加工光纤62之间的自由空间上提供光通信。
系统50还包括体光导和光束整形单元58。系统输出光入射在WD56上，WD 56与单元58和可能的其它光学组件一起可以容纳在例如壳体60中。
信号和杂散光通过加工光纤62传播，加工光纤62用作针对不期望光的附加增益介质。即使系统50配置有USP 7912099(其通过引用完全并入本文中)的倾斜光纤光栅，加工光纤62单独或与馈送光纤14组合构成针对杂散光的增益介质(例如拉曼)。从图12和图13可以理解，系统50可以具有覆盖几百米距离的输送(馈送和加工)光纤，并且在所示的配置的情况下，通常在几十到几百千瓦的高功率水平下操作。光纤长度和光功率密度是即使没有杂散谐振器的情况下单独地或彼此组合也产生用于产生杂散光的有利条件的系统特性，更不用说杂散谐振器存在的情况。前向传播的发射的杂散光会对表面16造成的损坏可能是不可修复的。此外，如果用于表面处理加工，杂散谐振器和后向反射杂散光的不利作用也不容忽视。因此，在增益介质中诱导杂散光的损耗显著增加了信号光波长的系统输出，并且改善了表面加工的质量。
具体参考图13，在系统55中测试了使用能够使增益介质62中的拉曼产生最小化的WD 56的优点，而不是光纤到光纤耦合器具有光束开关54。该系统操作用于测量和控制输出光束的光谱及其由单元66实现的功率，单元66与耦合到加工光纤62的输出端的扩束器68间隔开。后者经由光束开关54从馈送光纤14接收激光器产生的光，其中光在自由空间上传播，同时由与准直器72和WD 56仪器安装在光束开关54的壳体中的镜子70导引。
激光器系统55是用于确定加工光纤62的输出处的反射SRS抑制的实验系统。WD 56被配置为直径为50mm和厚度为2.5mm的板，其透射1050nm至1080nm工作波长的信号光，并且反射1129nm至1200nm波长的杂散光，并且具有如图15所示的透射率。WD 56以相对于准直器的光轴1°安装在壳体中，以防止反射的SRS辐射对激光器12的影响。因此，反射的SRS光束从馈送光纤14的输出端偏转3.5mm。
实验系统55被配置为使用
Figure GDA0002605319160000121
112m长的馈送光纤输出31kW。图16中示出了两个测试所得的相应两个光谱，一个具有WD 56，而另一个没有WD 56。SRS抑制水平(即，这些光谱之间的差)在1135nm下为27dB。在具有和不具有WD 56的情况下，使用在不同的全输出功率下操作的相同的系统进行附加测试。结果如图17所示，并且表明二向色WD 56的安装允许将输出功率提高30％以上。
尽管以所公开的示例描述了本公开，然而在不脱离所附权利要求的范围和精神的前提下，本领域技术人员应清楚对上述实施例的多种修改和/或添加。

Claims (15)

1.一种在光纤激光器系统中诱导杂散波长的光的损耗的方法，
所述光纤激光器系统包括：激光源，产生与所述杂散波长不同的信号波长的光；输送光纤，导引杂散波长和信号波长的光；以及波长鉴别器WD，其被配置为反射杂散波长的光的一部分，并且透射信号波长的光，
所述方法包括：在所述输送光纤和所述WD之间和在所述WD和要加工的工件的表面之间提供自由空间光通信，从而抑制所述光纤激光器系统输出处的杂散波长的光的发射，其中抑制杂散波长的光的发射包括：反射杂散波长的前向传播光的一部分和从所述工件的表面反射回的杂散波长的光。
2.根据权利要求1所述的方法，所述WD是具有反射系数的二向色滤光器，所述反射系数确定杂散波长的反射光，所述信号波长的光以单横模或多横模发射。
3.根据权利要求2所述的方法，还包括：
在所述输送光纤的输出端和WD之间安装自由空间光学组件，
激光处理所述工件的表面，其中所述WD通过在杂散谐振器中诱导杂散波长的光的损耗来抑制杂散波长的光的发射，所述杂散谐振器如果不是用于WD，则形成在所述工件的表面和能够将光溯源反射回所述工件的表面的所述光纤激光器系统的任何形成物之间，由定位在所述表面和所述形成物之间的光纤长度用作增益介质。
4.根据权利要求3所述的方法，还包括：
将所述WD涂覆在所述自由空间光学组件的输出表面上，从而反射杂散波长的前向传播光，使得杂散波长的前向传播光的一部分从所述输送光纤偏转，其中所述自由空间光学组件包括耦合到所述输送光纤的输出端的扩束器。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述扩束器由石英制成，并且所述WD是涂覆在所述扩束器的输出表面上的多层膜，所述WD被配置为提供
在所述光纤激光器系统中杂散波长的光的损耗与被配置为没有WD的光纤激光器系统相比增加了几百倍，
所述光纤激光器系统的输出功率与被配置为没有WD的光纤激光器系统相比至少为1.4倍至2倍，
其中，所述光纤激光器系统配置有具有有源光纤的法布里-波罗光纤振荡器，其掺杂有镱Yb离子，并且以准连续状态在1070nm信号光波长下操作，并且WD所配置有的反射系数在与Yb掺杂光纤激光器的受激拉曼散射波长范围相对应的1115nm至1150nm范围内大于99.6％。
6.根据权利要求3所述的方法，还包括：
将所述WD安装在所述自由空间光学组件的壳体内，所述WD沿杂散波长的光的前向传播方向位于准直单元的下游且与所述准直单元相距某一距离，其中所述WD是体二向色滤光器，由此在所述输送光纤中诱导杂散波长的光的损耗。
7.根据权利要求1、2、3或6所述的方法，还包括：相对于光路平面可控地倾斜所述WD，从而使反射的杂散波长的前向传播光的一部分偏离所述输送光纤，其中所述WD将所述光纤激光器系统的输出功率与被配置为没有WD的相同光纤激光器系统相比增加多于30％。
8.一种光纤激光器系统，包括：
光纤激光源，被配置为在单横模或多横模产生信号波长的前向传播光，所述光纤激光源包括位于所述光纤激光源的输出端处的无源输出光纤，从而提供所述光纤激光源的输出；
输送光纤，与所述光纤激光源的无源输出光纤接触，所述光纤激光源被配置为提供光强度足以超过用于在光纤波导中产生杂散波长的光的阈值的所述信号波长的光，所述光纤波导包括有源信号光纤、无源信号光纤、所述无源输出光纤和输送光纤，所述杂散波长和所述信号波长是不同的；以及
波长鉴别器WD，通过所述输送光纤与所述WD之间的自由空间从所述输送光纤接收信号波长的光和杂散波长的光，并且被配置为通过所述输送光纤与所述WD之间和所述WD与要加工的工件的表面之间的自由空间抑制杂散波长的光向要加工的所述工件的表面发射，所述WD被配置为使得抑制杂散波长的光的发射包括：反射杂散波长的前向传播光的一部分和从所述工件的表面反射回的杂散波长的光。
9.根据权利要求8所述的光纤激光器系统，其中，所述WD是二向色滤光器，其配置有反射系数，选择所述反射系统用于反射杂散波长的前向传播光的一部分同时透射信号波长的光。
10.根据权利要求8或9所述的光纤激光器系统，其中，所述光纤激光源包括一个或多个增益块，每个增益块具有有源信号光纤以及输入和输出无源信号光纤的组合，所述输入和输出无源信号光纤拼接到所述有源信号光纤的相应的相对端，其中所述一个或多个增益块之一的输出无源信号光纤拼接到所述输送光纤的输入端。
11.根据权利要求9或10所述的光纤激光器系统，还包括定位在所述输送光纤和所述WD之间的自由空间光学组件。
12.根据权利要求11所述的光纤激光器系统，其中，所述自由空间光学组件包括扩束器，所述扩束器耦合到所述输送光纤的输出端，并且被配置为将光纤激光器系统输出光引导到所述工件，所述WD是涂覆在所述扩束器或体二向色滤光器的外表面上的二向色薄膜滤光器，其中，在所述光纤激光器系统的操作期间，所述扩束器反射杂散波长的光以使得杂散波长的前向传播光的一部分偏离所述输送光纤，并且反射从所述工件后向反射的杂散波长的光。
13.根据权利要求12所述的光纤激光器系统，其中，杂散谐振器形成在所述工件和能够将光溯源反射回所述工件的所述光纤激光器系统的任何形成物之间，所述杂散谐振器具有增益介质，所述增益介质包括定位在所述工件和所述形成物之间的波导的长度，
WD在所述杂散谐振器中诱导的损耗杂散波长的光的损耗足以在达到用于产生杂散波长的光的阈值之前光纤激光器系统输出光的输出功率为被配置为不具有WD的光纤激光器系统的输出光的输出功率的至少1.4倍至2倍，其中所述增益块包括在准连续状态下以1060nm至1080nm信号光波长操作的法布里-波罗光纤镱Yb振荡器，并且所述WD配置有在与针对掺Yb光纤激光器的受激拉曼散射的波长范围相对应的1115nm至1150nm范围内大于99.6％的反射系数。
14.根据权利要求11所述的光纤激光器系统，其中，所述WD相对于光路平面可倾斜地安装在壳体中，以使所述杂散波长的光偏离所述平面，其中所述WD将所述光纤激光器系统的输出功率与被配置为没有WD的相同光纤激光器系统相比增加多于30％。
15.根据权利要求14所述的光纤激光器系统，还包括测量单元，所述测量单元被配置为测量所述光纤激光器系统输出光的功率和光谱。
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