DE102009007096B4 - Laseranordnung mit einem Lichtleiter - Google Patents
Laseranordnung mit einem Lichtleiter Download PDFInfo
- Publication number
- DE102009007096B4 DE102009007096B4 DE102009007096.6A DE102009007096A DE102009007096B4 DE 102009007096 B4 DE102009007096 B4 DE 102009007096B4 DE 102009007096 A DE102009007096 A DE 102009007096A DE 102009007096 B4 DE102009007096 B4 DE 102009007096B4
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- core
- jacket
- light guide
- laser
- fiber
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/26—Optical coupling means
- G02B6/262—Optical details of coupling light into, or out of, or between fibre ends, e.g. special fibre end shapes or associated optical elements
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/06—Construction or shape of active medium
- H01S3/063—Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
- H01S3/067—Fibre lasers
- H01S3/06708—Constructional details of the fibre, e.g. compositions, cross-section, shape or tapering
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
- G02B6/02047—Dual mode fibre
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
- G02B6/02295—Microstructured optical fibre
- G02B6/02314—Plurality of longitudinal structures extending along optical fibre axis, e.g. holes
- G02B6/02319—Plurality of longitudinal structures extending along optical fibre axis, e.g. holes characterised by core or core-cladding interface features
- G02B6/02333—Core having higher refractive index than cladding, e.g. solid core, effective index guiding
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
- G02B6/02295—Microstructured optical fibre
- G02B6/02314—Plurality of longitudinal structures extending along optical fibre axis, e.g. holes
- G02B6/02342—Plurality of longitudinal structures extending along optical fibre axis, e.g. holes characterised by cladding features, i.e. light confining region
- G02B6/02366—Single ring of structures, e.g. "air clad"
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
- G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
- G02B6/4202—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details for coupling an active element with fibres without intermediate optical elements, e.g. fibres with plane ends, fibres with shaped ends, bundles
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
- G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
- G02B6/4249—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details comprising arrays of active devices and fibres
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/06—Construction or shape of active medium
- H01S3/063—Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
- H01S3/067—Fibre lasers
- H01S3/06708—Constructional details of the fibre, e.g. compositions, cross-section, shape or tapering
- H01S3/06729—Peculiar transverse fibre profile
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/06—Construction or shape of active medium
- H01S3/063—Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
- H01S3/067—Fibre lasers
- H01S3/06708—Constructional details of the fibre, e.g. compositions, cross-section, shape or tapering
- H01S3/06745—Tapering of the fibre, core or active region
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
- H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
- H01S3/094—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
- H01S3/094003—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light the pumped medium being a fibre
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
- H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
- H01S3/094—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
- H01S3/094003—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light the pumped medium being a fibre
- H01S3/094007—Cladding pumping, i.e. pump light propagating in a clad surrounding the active core
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
- H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
- H01S3/094—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
- H01S3/094049—Guiding of the pump light
- H01S3/094053—Fibre coupled pump, e.g. delivering pump light using a fibre or a fibre bundle
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
- H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
- H01S3/094—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
- H01S3/09408—Pump redundancy
Abstract
Laseranordnung
mit einem Lichtleiter (1), der mindestens einen Kern (1a) und einen Mantel (3) aufweist, wobei der Kern (1a) als aktives Lasermedium zur Anregung von Laserlicht zumindest in seinem Kern (1a) dotiert ist und mit seinen das Laserlicht reflektierenden Enden einen Laserresonator bildet, und mit einer Pumpfaser (5) zur Zuführung und als Mittel zur Einkopplung von Pumplicht in den Kern (1a) des Lichtleiters (1), wobei der Lichtleiter (1) einen ersten Längenbereich (L1) aufweist, an den sich ein zweiter Längenbereich (L2) anschließt, in dem sich die Querschnitte des Kerns (1a) und des Mantels (3) vom zweiten Längenbereich (L2) aus gesehen taperförmig verjüngen, und wobei der aus Kern (1a) und Mantel (3) gebildete Lichtleiter (1) eine multimodale Wellenleiterstruktur aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Kern (1a) zwischen den Enden durchgehend einstückig ausgebildet ist,
dass sich die Pumpfaser (5) vom zweiten Längenbereich (L2) zum ersten Längenbereich (L1) hin in den Mantel (3) des zweiten Längenbereichs (L2) hinein erstreckt und sich entsprechend der taperförmigen Verjüngung von Kern (1a) und Mantel (3) verjüngt, wobei die Pumpfaser (5) jeweils im Mantel mündet und durch Verschmelzen mit dem Mantel (3) vom Mantel (3) aufgenommen und dabei mit dem Lichtleiter (1) zu einer optischen Einheit verbunden ist.
mit einem Lichtleiter (1), der mindestens einen Kern (1a) und einen Mantel (3) aufweist, wobei der Kern (1a) als aktives Lasermedium zur Anregung von Laserlicht zumindest in seinem Kern (1a) dotiert ist und mit seinen das Laserlicht reflektierenden Enden einen Laserresonator bildet, und mit einer Pumpfaser (5) zur Zuführung und als Mittel zur Einkopplung von Pumplicht in den Kern (1a) des Lichtleiters (1), wobei der Lichtleiter (1) einen ersten Längenbereich (L1) aufweist, an den sich ein zweiter Längenbereich (L2) anschließt, in dem sich die Querschnitte des Kerns (1a) und des Mantels (3) vom zweiten Längenbereich (L2) aus gesehen taperförmig verjüngen, und wobei der aus Kern (1a) und Mantel (3) gebildete Lichtleiter (1) eine multimodale Wellenleiterstruktur aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Kern (1a) zwischen den Enden durchgehend einstückig ausgebildet ist,
dass sich die Pumpfaser (5) vom zweiten Längenbereich (L2) zum ersten Längenbereich (L1) hin in den Mantel (3) des zweiten Längenbereichs (L2) hinein erstreckt und sich entsprechend der taperförmigen Verjüngung von Kern (1a) und Mantel (3) verjüngt, wobei die Pumpfaser (5) jeweils im Mantel mündet und durch Verschmelzen mit dem Mantel (3) vom Mantel (3) aufgenommen und dabei mit dem Lichtleiter (1) zu einer optischen Einheit verbunden ist.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Laseranordnung mit einem Lichtleiter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
- Laseranordnungen mit einem Lichtleiter sind als Faserlaser bekannt. Zur Anregung des Laserlichts ist der Kern des Lichtleiters entsprechend dotiert. Durch Verspiegelung der Endflächen des Lichtleiters wird für die erforderliche Reflektion des Laserlichts gesorgt; der verspiegelte aktive Kern bildet den eigentlichen Laserresonator. Meist ist der Lichtleiter mit einem Mantel versehen; es sind aber auch Lichtleiter mit zwei und mehr Mänteln bekannt. Zum Pumpen des aktiven Kerns wird häufig das Licht von Diodenlasern verwendet, wobei die Einkopplung meist mittels Lichtleitern erfolgt. Es gibt im Wesentlichen drei Möglichkeiten zur Lichteinkopplung: a) seitlich über die Mantelfläche, b) stirnseitig über Kern und Mantel und c) über Wellenleiterkopplungen nach Art eines Faserkopplers. Lichtleiter werden aus so genannten Preformen (Vorformen) gezogen.
- Insbesondere aus der
US 2006 / 0 280 217 A1 ist eine Vorrichtung bekannt, die bei einer ersten Ausführung einen Lichtleiter mit einem Kern und einem Mantel aufweist, wobei der Kern so dotiert ist, dass er mit seinen reflektierenden Enden einen Laserresonator bildet. Die Querschnitte von Kern und Mantel sind taperförmig vergrößert und das Pumplicht wird stirnseitig mittels optischer Linsen an dem Lichtleiterende mit dem vergrößerten Querschnitt eingekoppelt. Die Zuführung des Pumplichts zu den optischen Linsen kann dabei durch Lichtleiter erfolgen. - Weiter ist aus der
US 5 864 644 A eine Vorrichtung mit einem mantelgepumpten Lichtleiter bekannt, der einen Kern und einen Mantel mit gleichbleibendem Querschnitt aufweist. Das Pumplicht wird über mehrere ein Faserbündel bildende Multimode-Pumpfasern stirnseitig in den Lichtleiter eingekoppelt. Das Faserbündel umschließt eine zentrale Monomodefaser und verjüngt sich zum Ende des Faserbündels hin bis zu dem Durchmesser des Lichtleiters und ist stirnseitig mit dem Lichtleiter verschweißt, wobei sich eine taperförmige Außenkontur ergibt. Das stirnseitige Verschweißen ist mit unerwünschten Reflexionen und Verlusten verbunden. - Ferner ist aus der
US 2006 / 0 245 704 A1 eine Vorrichtung bekannt, in die zwei Lichtwellenleiter im Wesentlichen parallel zueinander verlaufend in einem gemeinsamen Medium eingebettet sind, die wiederum einen gemeinsamen Lichtwellenleiter bilden. Ein Lichtwellenleiter (Pump-Lichtwellenleiter) dient der Lichteinkopplung in den anderen Lichtwellenleiter, der einen dotierten Kern und einen Mantel mit D-förmigem Querschnitt aufweist und mit seinen reflektierenden Enden einen Laserresonator bildet, dessen Querschnitt über die gesamte Länge gleich bleibt. Das als Hauptkomponente Silizium enthaltende Medium dient der Indexanpassung und der Lichtwellenleiter zur Lichteinkopplung kann auch taperförmig ausgeführt sein. Die Zuführung des einzukoppelnden Lichts kann mittels Lichtleitfasern erfolgen, die stirnseitig mit dem Lichtwellenleiter zur Lichteinkopplung verbunden sind. - Nachteilig ist bei den bekannten Laseranordnungen, dass der Wirkungsgrad der Einkopplung des Pumplichts relativ klein und die Erhöhung des eingekoppelten Lichts mittels einer Vielzahl von Pumpfasern technisch sehr schwierig ist.
- Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen leistungsstarken Faserlaser mit einem Lichtleiter als laserndes Medium und Mittel zur Lichteinkopplung in einen solchen Lichtleiter mit hohem Wirkungsgrad zur Verfügung zu stellen.
- Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
- Die Lösung sieht vor, dass der Kern zwischen den Enden durchgehend einstückig ausgebildet, dass sich die Pumpfaser vom zweiten Längenbereich zum ersten Längenbereich hin in den Mantel des zweiten Längenbereichs hinein erstreckt und sich entsprechend der taperförmigen Verjüngung von Kern und Mantel verjüngt, wobei die Pumpfaser durch Verschmelzen mit dem Mantel vom Mantel aufgenommen und dabei mit dem Lichtleiter zu einer optischen Einheit verbunden ist. Wichtig ist dabei, dass die Pumpfaser jeweils im Mantel mündet, d.h. sich in diesen hineinerstreckend von diesem aufgenommen ist. Praktischerweise erstreckt sich die Pumpfaser durch die Endfläche des Mantels in den Mantel des taperförmigen Längenbereichs hinein.
- Technisch einfach ist, wenn sich der Kern über den gesamten zweiten Längenbereich erstreckt. Die Herstellung vereinfacht sich, wenn der Kern über den zweiten Längenbereich hinausragt.
- Herstellungstechnisch einfach ist es, wenn hinter dem zweiten Längenbereich L2 vom ersten Längenbereich aus gesehen noch der Stumpf der zur Herstellung des Lichtleiters verwendeten Preform vorhanden ist, aus dem das Einkoppelende der Pumpfaser herausragt.
Die Erfindung wird anschließend anhand einer Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen: -
1 einen Längsschnitt einer Laseranordnung mit einem Lichtleiter, -
2 einen Querschnitt einer Laseranordnung mit einem Lichtleiter gemäß1 , -
3 einen Querschnitt des Lichtleiters gemäß1 zur Erläuterung des periodischen Brechzahlverlaufs, -
4 den radialen Brechzahlverlauf des Mantels des Lichtleiters gemäß1 , -
5 den Brechzahlverlauf des Mantels des Lichtleiters gemäß1 in Umfangsrichtung, -
6 einen Querschnitt des Lichtleiters bei parallel zum Kern verlaufenden Hohlräumen, -
7 einen Querschnitt des Lichtleiters bei parallel zum Kern verlaufenden Vollfasern, -
8 einen Querschnitt einer Preform zur Herstellung einer Laseranordnung nach1 mit Röhren und -
9 einen Querschnitt einer Preform zur Herstellung einer Laseranordnung nach1 mit Stäben. -
1 und2 zeigen einen Längs- und einen Querschnitt einer Laseranordnung mit einem Lichtleiter1 , der einen Kern1a aufweist, welcher als aktives Lasermedium zur Anregung von Laserlicht dotiert ist. Der Lichtleiter1 ist an seinen planen EndflächenS1 ,S2 zumindest im Bereich des Kerns1a verspiegelt, um das Laserlicht zu reflektieren. Der verspiegelte Kern1a bildet den eigentlichen Laserresonator der Laseranordnung. - Um den Kern
1a herum angeordnet ist ein Mantel3 . Wie1 weiter zu entnehmen ist, weist der Lichtleiter1 einen ersten LängenbereichL1 auf, über den die Querschnitte des Kerns1a und des Mantels3 (unabhängig von ihrer Form und Größe) gleich bleiben. Der Außendurchmesser des Mantels3 und damit der Lichtleiter1 kann im LängenbereichL1 bis zu 2 mm betragen. Der Lichtleiter1 geht in einen taperförmigen zweite LängenbereichL2 über, in dem sich die Querschnitte des Kerns1a und des Mantels3 vom ersten LängenbereichL1 aus gesehen bis zur EndflächeS2 stetig (taperförmig) vergrößern. Der Kern1a kann dabei auch über den zweiten LängenbereichL2 hinausragen, um zum Beispiel optische BRAGG-Gitter anstelle der Verspiegelung einzubringen. - Um das Licht zum Pumpen des Kerns
1a zuzuführen, dient eine Pumpfaser5 , die sich durch die EndflächeS2 in den Mantel3 des taperförmigen LängenbereichsL2 hinein erstreckt, und zwar in Richtung zum LängenbereichL1 hin, entlang des Kerns1a . Die Pumpfaser5 wird sozusagen vom Mantel3 aufgenommen und ist mit diesem innig zu einer optischen Einheit verbunden, hier durch Verschmelzen des Mantels3 mit der Pumpfaser5 . Die Pumpfaser5 kann bis in den LängenbereichL1 hineinreichen. Die Einkopplung des Lichts durch die Pumpfaser5 erfolgt hier in den Mantel3 . Der Einfachheit halber ist in der1 nur eine Pumpfaser5 jeweils für den Mantel3 eingezeichnet; es kann aber auch eine Vielzahl von Pumpfasern5 verwendet werden. In1 ist die Pumpfaser5 zum LängenbereichL1 hin taperförmig verjüngt, um den zur Laserdiode5 zurück gestreuten Pumplichtanteil klein zu halten. (Selbstverständlich kann der Querschnitt der Pumpfaser5 auch konstant sein.) Gepumpt wird mittels einer Laserdiode4 , deren Licht hierzu in das freie Ende der Pumpfaser5 eingekoppelt wird. - Vorteilhafterweise kann der Querschnitt des Kerns
1a zusätzlich eine Längsperiodizität (von ca. 1mm) aufweisen, was die Einkopplung von Pumplicht in den Kern1a weiter verbessert. - Der erste und zweite Längenbereich
L1 undL2 des Lichtleiters1 bilden eine multimodale Wellenleiterstruktur, die das eingekoppelte Licht wie ein Multimode-Lichtwellenleiter weiterleitet, während der Kern1a im Inneren der multimodalen Wellenleiterstruktur als Monomode- oder Multimode-Laser arbeitet. - Der Lichtleiter
1 ist als mikrostrukturierter Multimode-Lichtwellenleiter ausgebildet. Dazu ist der Mantel3 mit einer Ummantelung3a , also einem weiteren Mantel, versehen. Die Ummantelung3a weist kapillarartige Hohlräume3b auf, welche unter ihrer Mantelfläche3c am Rand nebeneinander liegen und jeweils in Richtung des Kerns1a verlaufen. In die Ummantelung3a erstreckt sich ebenfalls eine Pumpfaser5a vom taperförmigen zweiten LängenbereichL2 zum ersten LängenbereichL1 hin in den zweiten LängenbereichL2 hinein, in die das Licht der Laserdiode4a eingekoppelt wird. Auch diese ist mit dem Lichtleiter1 zu einer optischen Einheit verbunden. Der Einfachheit halber ist in der1 wieder nur eine Pumpfaser5a eingezeichnet, die aber auch für eine Vielzahl von Pumpfasern5a stehen kann. - Der Lichtleiter
1 kann auch als PCF-Lichtwellenleiter ausgebildet sein, die als Plastic Cladding Silica Fiber bekannt sind. Analog zum mikrostrukturierten Multimode-Lichtwellenleiter ist dann ebenfalls eine zusätzliche Ummantelung3a vorhanden, die allerdings keine Hohlräume3a aufweist, sondern mit einem entsprechenden Polymer beschichtet ist. - Grundsätzlich ist es zur Ausbildung des Lichtleiters
1 auch möglich, die Ummantelung3a wegzulassen und die kapillarartigen Hohlräume3b unter der Mantelfläche3d des Mantels3 anzuordnen, ebenfalls am Rand nebeneinander liegend und jeweils in Richtung des Kerns1a verlaufend. Allerdings ist dann relativ wenig Platz für das Einbringen von Pumpfasern5 vorhanden. - Andererseits kann bei einem Lichtleiter
1 mit einer Ummantelung3a auch auf die Pumpfasern5 im Mantel3 verzichtet werden, wenn dafür Pumpfasern5a in der Ummantelung3a vorgesehen sind. In diesem Falle erfolgt die Lichteinkopplung über die Pumpfasern allein über die Ummantelung3a . -
3 zeigt den Querschnitt des Lichtleiters1 im LängenbereichL1 zur Erläuterung des periodischen Brechzahlverlaufs im Mantel3 . In3 sind dazu eine radial nach außen verlaufende Gerade g (unter einem Winkel w) und ein Ring r im radialen Abstand R vom Mittelpunkt M des Querschnitts der Lichtleiter1 eingezeichnet. Man erkennt, dass der Kern1a und der Mantel3 hier rund ausgeführt sind; möglich sind aber auch andere Querschnitte. Vorteilhafter für die Einkopplung (das Pumpen) können insbesondere nichtrunde Querschnitte sein, wobei runde Querschnitte aber leichter hergestellt werden können. - Weiter sind in
4 der radiale Brechzahlverlauf zwischen den RadienR1 undR2 für einen Winkel w und in5 der radiale Brechzahlverlauf entlang des Rings r (d.h. in Umfangsrichtung) für einen vorgegebenen Radius R dargestellt. - Beide Brechzahlverläufe weisen eine periodische Änderung auf. Diese Periodizität gilt für alle Winkel w des Lichtleiters
1 in radialer Richtung (für alle Radien zwischenR1 undR2 ) und über den gesamten LängenbereichL1 , und zwar jeweils über mehrere Perioden. Über den LängenbereichL2 gilt die Periodizität allerdings nur soweit, wie sich dieser räumlich periodische Brechzahlverlauf in den LängenbereichL2 hineinerstreckt. Beim Lichtleiter1 in1 und2 erstreckt sich der räumlich periodische Brechzahlverlauf über den gesamten LängenbereichL1 undL2 . Dabei ist der Brechzahlverlauf im LängenbereichL2 aber modifiziert durch die taperförmige Querschnittsvergrößerung; der Brechzahlverlauf bleibt aber periodisch und die Anzahl der Perioden bleibt ebenfalls erhalten. - Die Periodizität der Brechzahlverläufe ist ein Spezialfall, der größere Kernquerschnitte des Kerns
1a ermöglicht. Die Laseranordnung funktioniert aber auch mit konstantem Brechzahlverlauf, wenn die erforderlichen Brechzahlunterschiede zwischen Kern1a und Mantel3 eingehalten werden. -
6 zeigt den Querschnitt durch den LängenbereichL1 für einen Lichtleiter1 , bei dem der räumlich periodische Brechzahlverlauf im Mantel3 durch parallel zum Kern1a verlaufende Hohlräume6 gebildet wird, wobei die Hohlräume6 und der Kern1a über den Querschnitt periodisch angeordnet sind, hier als Beispiel hexagonal periodisch. Dabei ist nur ein Ausschnitt des Kerns1a mit den ihn umgebenden Hohlräumen6 detailliert (aber nicht ganz maßstabsgerecht, sondern etwas vergrößert) gezeigt. Diese Anordnung mit hexagonaler Symmetrie der Querschnitte der Hohlräume6 und des Kerns1a weist die oben beschriebene Periodizität des Brechzahlverlaufs im Mantel3 auf. Bezogen auf1 erstrecken sich die Hohlräume6 über beide LängenbereicheL1 undL2 , wobei sich die Querschnitte über den LängenbereichL2 entsprechend vergrößern. Die sich in den periodischen Brechzahlverlauf hinein erstreckende Pumpfaser5 kann hier vorteilhaft in einem Hohlraum6 angeordnet sein (in einem Hohlraum6 münden). - Diese periodische Anordnung von Hohlräumen
6 um einen Kern1a mit hexagonaler Symmetrie entspricht einer Anordnung aus optischen Hohlfasern, in die der Kern1a eingebettet ist, und die zu einer optischen Einheit verbunden sind, beispielsweise durch Verschmelzen. - Eine ähnliche Ausführung ergibt sich, wenn man anstelle der Hohlfasern Vollfasern
7 mit einer speziellen Brechzahl verwenden würde und den Kern1a beispielsweise vor dem Verschmelzen in diese einbettet. Dies ist in7 gezeigt, wobei zum besseren Verständnis die ursprünglichen Außenflächen, d.h. die Außenflächen der Vollfasern7 vor dem Verschmelzen, gestrichelt eingezeichnet und mit der Bezugsziffer8 bezeichnet sind. Der Mantel3 weist dann allgemein gesagt parallel zum Kern1a verlaufende Bereiche auf, wobei die oben genannte spezielle Brechzahl z.B. photonische Kristallbereiche7a aufweisen. Photonische Kristallbereiche7a sind z.B. als optische Fasern mit räumlich-periodischen Strukturen bekannt, die z.B. aus entsprechenden photonischen Kristallstäben gezogen werden. - Der Kern
1a kann auch exzentrisch im Mantel3 bzw. in der Ummantelung3a angeordnet sein. Genauso ist es möglich, mehrere Kerne1a exzentrisch innerhalb der Laseranordnung anzuordnen. Dabei können die Kerne1a vorteilhafterweise so platziert werden, dass sie miteinander optisch koppeln, wie von Faserkopplern bekannt. -
8 zeigt einen Querschnitt einer Preform zur Herstellung einer Laseranordnung nach2 bis7 . Sie weist einen laseroptischen Stab10 auf, dessen Kernbereich derart dotiert ist, dass er nach dem Verziehen der Preform einen Kern1a als aktives Lasermedium bildet. Der laseroptische Stab10 ist in eine Vielzahl von parallel verlaufenden optischen Röhren11 eingebettet, wobei die Dicke der Einbettung mehrere Röhrendurchmesser beträgt. Die Einbettung bildet nach dem Verziehen den o.g. Mantel3 . Die Röhren11 bilden über den Querschnitt eine (hexagonal) periodische Anordnung. In eine der Röhren11 ist eine Pumpfaser5 (oder in den Röhren11 sind mehrere Pumpfasern5 ) in die Preform9a hinein gesteckt. Dabei kann die Pumpfaser5 (können die Pumpfasern5 ) auch zwischen den Röhren11 angeordnet sein. - Um die Röhren
11 sind weitere Röhren oder Stäbe angeordnet (nicht weiter gezeigt), die nach dem Verziehen die zusätzliche Ummantelung3a bilden, wobei auch dort in die Röhren bzw. zwischen die Stäbe Pumpfasern5a hinein gesteckt sind (sein können). Diese Röhren kollabieren beim Verziehen, bilden also eine Ummantelung3a ohne Hohlräume. Anstelle dieser Röhren können auch Stäbe um die Röhren11 angeordnet sein, wobei die Pumpfasern5a zwischen die Stäbe gesteckt sind (in die von den aneinander liegenden Stäben gebildeten Zwischenräume). Ganz am Rand sind über den gesamten Umfang noch Röhrchen angeordnet, die nach dem Verziehen die kapillarartigen Hohlräume3b bilden. - Wenn keine Pumpfasern
5 , sondern nur Pumpfasern5a in die Preform9a hinein gesteckt sind, sind im Lichtleiter1 nur in der Ummantelung3a Pumpfasern5a vorhanden, nicht aber Pumpfasern5 im Mantel3 . Pumpfasern5 bzw.5a können grundsätzlich im Mantel3 und/oder in der Ummantelung3a angeordnet sein. - Hergestellt wird der Lichtleiter
1 aus der Preform9a durch Verziehen in einer entsprechenden Ziehanlage. Dabei wird die Ziehgeschwindigkeit so eingestellt, dass nach Abziehen des LängenbereichsL1 die Ziehgeschwindigkeit derart verringert wird, dass sich anschließend der gewünschte taperförmige LängenbereichL2 ausbildet. Dann kann der Ziehvorgang beendet werden. - Der verbleibende Stumpf der Preform
9a hinter dem LängenbereichL2 muss nicht entfernt werden, insbesondere da aus ihm das Einkoppelende der Pumpfaser4 herausragt. Der laseroptische Stab10 wird zur Herstellung der Lichtleiterfunktion an seiner Endfläche entsprechend verspiegelt oder mit reflektierenden Endbereichen versehen. - Gepumpt wird der Lichtleiter
1 mittels der Laserdiode4 , deren Licht hierzu in das aus dem Stumpf herausragende Ende der Pumpfaser5 eingekoppelt wird. - Alternativ können die Röhren
11 auch durch dotierte Glasstäbe12 ersetzt sein;9 zeigt einen Querschnitt9 einer Preform9a mit Stäben12 anstelle von Röhren11 . Die Pumpfaser5 befindet sich hier in den Zwischenräumen zwischen den Stäben12 und/oder im Bereich der zusätzliche Ummantelung3a entsprechend dem zu8 gesagten. - Um den Kern
1a herum kann zusätzlich jeweils ein unmittelbar zum Kern1a gehörender Mantelbereich angeordnet sein und erst unmittelbar darüber der Mantel3 . Bei diesem Mantelbereich handelt es sich um den meist üblichen Mantel (Cladding) einer Lichtleitfaser, der bei der hier beschriebenen Laseranordnung vorteilhafterweise auch weggelassen werden kann (und in den Ausführungsbeispielen auch weggelassen ist), also nicht unbedingt vorhanden sein muss, wobei dann der Mantel3 die Funktion dieses Mantels (Claddings) mit übernimmt. Wesentlich ist hier allein der Mantel3 , der zur direkten Ausbildung des Wellenfeldes in der aktiven Faser (Kern1a) dient, z.B. eines monomodalen Wellenfeldes. Im Allgemeinen ist dann der Mantel3 mit einer kleineren optischen Brechzahl versehen.
Claims (5)
- Laseranordnung mit einem Lichtleiter (1), der mindestens einen Kern (1a) und einen Mantel (3) aufweist, wobei der Kern (1a) als aktives Lasermedium zur Anregung von Laserlicht zumindest in seinem Kern (1a) dotiert ist und mit seinen das Laserlicht reflektierenden Enden einen Laserresonator bildet, und mit einer Pumpfaser (5) zur Zuführung und als Mittel zur Einkopplung von Pumplicht in den Kern (1a) des Lichtleiters (1), wobei der Lichtleiter (1) einen ersten Längenbereich (L1) aufweist, an den sich ein zweiter Längenbereich (L2) anschließt, in dem sich die Querschnitte des Kerns (1a) und des Mantels (3) vom zweiten Längenbereich (L2) aus gesehen taperförmig verjüngen, und wobei der aus Kern (1a) und Mantel (3) gebildete Lichtleiter (1) eine multimodale Wellenleiterstruktur aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (1a) zwischen den Enden durchgehend einstückig ausgebildet ist, dass sich die Pumpfaser (5) vom zweiten Längenbereich (L2) zum ersten Längenbereich (L1) hin in den Mantel (3) des zweiten Längenbereichs (L2) hinein erstreckt und sich entsprechend der taperförmigen Verjüngung von Kern (1a) und Mantel (3) verjüngt, wobei die Pumpfaser (5) jeweils im Mantel mündet und durch Verschmelzen mit dem Mantel (3) vom Mantel (3) aufgenommen und dabei mit dem Lichtleiter (1) zu einer optischen Einheit verbunden ist.
- Laseranordnung nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpfaser (5) sich durch die Endfläche des Mantels (3) in den Mantel (3) des taperförmigen Längenbereichs (L2) hinein erstreckt. - Laseranordnung nach
Anspruch 1 oder2 , dadurch gekennzeichnet, dass sich der Kern (1a) über den gesamten zweiten Längenbereich (L2) erstreckt. - Laseranordnung nach einem der
Ansprüche 1 -3 , dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (1a) über den zweiten Längenbereich (L2) hinausragt. - Laseranordnung nach einem der
Ansprüche 1 -4 , dadurch gekennzeichnet, dass hinter dem zweiten Längenbereich L2 vom ersten Längenbereich (L1) aus gesehen noch der Stumpf der zur Herstellung des Lichtleiters (1) verwendeten Preform (9a) vorhanden ist, aus dem das Einkoppelende der Pumpfaser (5) herausragt.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102009007096.6A DE102009007096B4 (de) | 2009-02-01 | 2009-02-01 | Laseranordnung mit einem Lichtleiter |
US12/697,380 US8218584B2 (en) | 2009-02-01 | 2010-02-01 | Apparatus for coupling light into an optical wave guide, a laser system with such an apparatus, and a preform to manufacture the apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102009007096.6A DE102009007096B4 (de) | 2009-02-01 | 2009-02-01 | Laseranordnung mit einem Lichtleiter |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102009007096A1 DE102009007096A1 (de) | 2009-11-19 |
DE102009007096B4 true DE102009007096B4 (de) | 2018-12-27 |
Family
ID=41180582
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102009007096.6A Active DE102009007096B4 (de) | 2009-02-01 | 2009-02-01 | Laseranordnung mit einem Lichtleiter |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US8218584B2 (de) |
DE (1) | DE102009007096B4 (de) |
Families Citing this family (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5512348B2 (ja) * | 2010-03-29 | 2014-06-04 | 株式会社フジクラ | 光学部品付き増幅用光ファイバ、及び、これを用いたファイバレーザ装置 |
US8767286B2 (en) * | 2010-04-12 | 2014-07-01 | Lockheed Martin Corporation | Signal and pump mode-field adaptor for double-clad fibers and associated method |
EP2656129B1 (de) * | 2010-12-23 | 2019-05-01 | Nufern | Optische koppler und verfahren zu ihrer herstellung |
DE102011107511B4 (de) | 2011-07-10 | 2015-11-12 | Fiberware Generalunternehmen für Nachrichtentechnik GmbH | Verfahren zur Herstellung einer Preform und Preform zum Ziehen einer mikrostrukturierten Lichtleitfaser |
TWI461741B (zh) * | 2011-11-09 | 2014-11-21 | Univ Nat Taiwan | 光學頭 |
KR102306771B1 (ko) * | 2013-03-06 | 2021-09-30 | 아이피지 포토닉스 코포레이션 | 불균일하게 구성된 광섬유간 로드 다중모드 증폭기를 가진 초고출력 단일모드 광섬유 레이저 시스템 |
US9664850B2 (en) * | 2014-09-21 | 2017-05-30 | Alcatel-Lucent Usa Inc. | Optical spatial mode-multiplexer |
US11342723B2 (en) * | 2018-07-16 | 2022-05-24 | Optical Engines, Inc. | Counter pumping a large mode area fiber laser |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5864644A (en) | 1997-07-21 | 1999-01-26 | Lucent Technologies Inc. | Tapered fiber bundles for coupling light into and out of cladding-pumped fiber devices |
US20060245704A1 (en) | 2004-04-02 | 2006-11-02 | Doukei Nagayasu | Optical fiber amplifier and optical amplifying method employing it, laser oscillating method, laser amplifier and laser oscillator, and laser and laser machining apparatus both employing laser oscillator |
US20060280217A1 (en) | 2003-06-12 | 2006-12-14 | Spi Lasers Uk Ltd. | Optical apparatus, comprising a brightness converter, for providing optical radiation |
DE112005000197T5 (de) * | 2004-01-16 | 2006-12-28 | IMRA America, Inc., Ann Arbor | Löchrige Fasern mit großem Kern |
WO2007090272A1 (en) * | 2006-02-07 | 2007-08-16 | Itf Laboratories Inc. | Multimode fiber outer cladding coupler for multi-clad fibers |
WO2008062227A2 (en) * | 2006-11-24 | 2008-05-29 | Gsi Group Limited | Cladding pumped fibre laser with a high degree of pump isolation |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS57157207A (en) * | 1981-03-24 | 1982-09-28 | Kokusai Denshin Denwa Co Ltd <Kdd> | Optical distribution coupler |
US6324326B1 (en) * | 1999-08-20 | 2001-11-27 | Corning Incorporated | Tapered fiber laser |
US6751241B2 (en) * | 2001-09-27 | 2004-06-15 | Corning Incorporated | Multimode fiber laser gratings |
JP2006093613A (ja) * | 2004-09-27 | 2006-04-06 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 光ファイバ、光ファイバ増幅器及び光ファイバレーザ光源 |
GB2439345A (en) * | 2006-06-23 | 2007-12-27 | Gsi Group Ltd | Annular tapered fibre coupler for cladding pumping of an optical fibre |
-
2009
- 2009-02-01 DE DE102009007096.6A patent/DE102009007096B4/de active Active
-
2010
- 2010-02-01 US US12/697,380 patent/US8218584B2/en active Active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5864644A (en) | 1997-07-21 | 1999-01-26 | Lucent Technologies Inc. | Tapered fiber bundles for coupling light into and out of cladding-pumped fiber devices |
US20060280217A1 (en) | 2003-06-12 | 2006-12-14 | Spi Lasers Uk Ltd. | Optical apparatus, comprising a brightness converter, for providing optical radiation |
DE112005000197T5 (de) * | 2004-01-16 | 2006-12-28 | IMRA America, Inc., Ann Arbor | Löchrige Fasern mit großem Kern |
US20060245704A1 (en) | 2004-04-02 | 2006-11-02 | Doukei Nagayasu | Optical fiber amplifier and optical amplifying method employing it, laser oscillating method, laser amplifier and laser oscillator, and laser and laser machining apparatus both employing laser oscillator |
WO2007090272A1 (en) * | 2006-02-07 | 2007-08-16 | Itf Laboratories Inc. | Multimode fiber outer cladding coupler for multi-clad fibers |
WO2008062227A2 (en) * | 2006-11-24 | 2008-05-29 | Gsi Group Limited | Cladding pumped fibre laser with a high degree of pump isolation |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE102009007096A1 (de) | 2009-11-19 |
US8218584B2 (en) | 2012-07-10 |
US20100195678A1 (en) | 2010-08-05 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE102009007096B4 (de) | Laseranordnung mit einem Lichtleiter | |
DE69824493T2 (de) | Verjüngte Faserbündel zum Ein- und Auskoppeln von Licht aus mantelgepumpten Faservorrichtungen | |
DE2822022C2 (de) | Ankopplungsvorrichtung mit zwei Multimodelichtleitfasern | |
DE112004002202B4 (de) | Lichtleitfaser-Pumpmultiplexer | |
EP2859390B1 (de) | Faserkoppler | |
DE3010556C2 (de) | System zur optischen Informationsübertragung | |
DE69631895T2 (de) | Vorrichtung und verfahren zum seitlichen pumpen einer optischen faser | |
DE102013208830B4 (de) | Hauptoszillator - leistungsverstärkersysteme | |
DE10296886T5 (de) | Mantelgepumpter Faserlaser | |
DE102011085637B4 (de) | Optische Transportfaser und Verfahren zu deren Herstellung und Verfahren zum Verkleben | |
DE2848539A1 (de) | Faseroptische kopplungsvorrichtung | |
EP0107840B1 (de) | Verfahren zum Herstellen einer optischen Koppelvorrichtung, insbesondere Verfahren zur Verminderung der Wandstärke von aus Quarzglas bestehenden Ummantelungen von Lichtwellenleiter-Glasfasern | |
DE102011103286A1 (de) | Anregungseinheit für einen Faserlaser | |
DE102019203615B4 (de) | Faserlasereinrichtung | |
DE102008057278A1 (de) | Faser mit Doppelummantelung und Faserendverarbeitungsverfahren sowie Faserkombiniererverbindungsstruktur, welche diese umfasst | |
DE102012213174A1 (de) | Verfahren zur Herstellung von aktiven Laserfasern | |
EP2681814B1 (de) | Verfahren und vorrichtung zur verstärkung optischer, in einem mehrkern-lichtwellenleiter geführter signalwellen | |
DE60021498T2 (de) | Verfahren zur Herstellung von Basismaterial für optische Faser mit einem verformten ersten Mantel, Basismaterial für optische Faser und von optischer Faser | |
WO2013067996A1 (de) | Optische faser zum gefilterten sammeln von licht, insbesondere von raman-streustrahlung und verfahren zu ihrer herstellung | |
DE112021000271T5 (de) | Faser-Divergenzbeschränkungsvorrichtung | |
DE202009010448U1 (de) | Vorrichtung zur Einkopplung von Licht in einen Lichtleiter, Laseranordnung mit einer solchen Vorrichtung und Preform zur Herstellung der Vorrichtung | |
DE102010004262A1 (de) | Vorrichtung zur Einkopplung von Licht in einen Lichtleiter, Laseranordnung mit einer solchen Vorrichtung und Preform zur Herstellung der Vorrichtung | |
DE3005646C2 (de) | ||
DE102015118010A1 (de) | Herstellung eines Faserkopplers | |
DE102009010232B4 (de) | Multimode-Lichtleitfaser, Verfahren zu ihrer Herstellung sowie Diodenlasermodul mit einer solchen Multimode-Lichtleitfaser |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OAV | Publication of unexamined application with consent of applicant | ||
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final |