DE102009007096B4 - Laseranordnung mit einem Lichtleiter - Google Patents

Laseranordnung mit einem Lichtleiter Download PDF

Info

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
Application number
DE102009007096.6A
Other languages
English (en)
Other versions
DE102009007096A1 (de
Inventor
Dr. Kuka Georg
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fiberware Generalunternehmen fur Nachrichtentechnik GmbH
Original Assignee
Fiberware Generalunternehmen fur Nachrichtentechnik GmbH
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fiberware Generalunternehmen fur Nachrichtentechnik GmbH filed Critical Fiberware Generalunternehmen fur Nachrichtentechnik GmbH
Priority to DE102009007096.6A priority Critical patent/DE102009007096B4/de
Publication of DE102009007096A1 publication Critical patent/DE102009007096A1/de
Priority to US12/697,380 priority patent/US8218584B2/en
Application granted granted Critical
Publication of DE102009007096B4 publication Critical patent/DE102009007096B4/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/26Optical coupling means
    • G02B6/262Optical details of coupling light into, or out of, or between fibre ends, e.g. special fibre end shapes or associated optical elements
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/06Construction or shape of active medium
    • H01S3/063Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
    • H01S3/067Fibre lasers
    • H01S3/06708Constructional details of the fibre, e.g. compositions, cross-section, shape or tapering
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/02Optical fibres with cladding with or without a coating
    • G02B6/02047Dual mode fibre
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/02Optical fibres with cladding with or without a coating
    • G02B6/02295Microstructured optical fibre
    • G02B6/02314Plurality of longitudinal structures extending along optical fibre axis, e.g. holes
    • G02B6/02319Plurality of longitudinal structures extending along optical fibre axis, e.g. holes characterised by core or core-cladding interface features
    • G02B6/02333Core having higher refractive index than cladding, e.g. solid core, effective index guiding
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/02Optical fibres with cladding with or without a coating
    • G02B6/02295Microstructured optical fibre
    • G02B6/02314Plurality of longitudinal structures extending along optical fibre axis, e.g. holes
    • G02B6/02342Plurality of longitudinal structures extending along optical fibre axis, e.g. holes characterised by cladding features, i.e. light confining region
    • G02B6/02366Single ring of structures, e.g. "air clad"
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/42Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4202Packages, 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
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/42Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4249Packages, e.g. shape, construction, internal or external details comprising arrays of active devices and fibres
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/06Construction or shape of active medium
    • H01S3/063Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
    • H01S3/067Fibre lasers
    • H01S3/06708Constructional details of the fibre, e.g. compositions, cross-section, shape or tapering
    • H01S3/06729Peculiar transverse fibre profile
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/06Construction or shape of active medium
    • H01S3/063Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
    • H01S3/067Fibre lasers
    • H01S3/06708Constructional details of the fibre, e.g. compositions, cross-section, shape or tapering
    • H01S3/06745Tapering of the fibre, core or active region
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/091Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
    • H01S3/094Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
    • H01S3/094003Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light the pumped medium being a fibre
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/091Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
    • H01S3/094Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
    • H01S3/094003Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light the pumped medium being a fibre
    • H01S3/094007Cladding pumping, i.e. pump light propagating in a clad surrounding the active core
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/091Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
    • H01S3/094Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
    • H01S3/094049Guiding of the pump light
    • H01S3/094053Fibre coupled pump, e.g. delivering pump light using a fibre or a fibre bundle
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/091Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
    • H01S3/094Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
    • H01S3/09408Pump 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.

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 gemäß 1,
    • 3 einen Querschnitt des Lichtleiters gemäß 1 zur Erläuterung des periodischen Brechzahlverlaufs,
    • 4 den radialen Brechzahlverlauf des Mantels des Lichtleiters gemäß 1,
    • 5 den Brechzahlverlauf des Mantels des Lichtleiters gemäß 1 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 nach 1 mit Röhren und
    • 9 einen Querschnitt einer Preform zur Herstellung einer Laseranordnung nach 1 mit Stäben.
  • 1 und 2 zeigen einen Längs- und einen Querschnitt einer Laseranordnung mit einem Lichtleiter 1, der einen Kern 1a aufweist, welcher als aktives Lasermedium zur Anregung von Laserlicht dotiert ist. Der Lichtleiter 1 ist an seinen planen Endflächen S1, S2 zumindest im Bereich des Kerns 1a verspiegelt, um das Laserlicht zu reflektieren. Der verspiegelte Kern 1a bildet den eigentlichen Laserresonator der Laseranordnung.
  • Um den Kern 1a herum angeordnet ist ein Mantel 3. Wie 1 weiter zu entnehmen ist, weist der Lichtleiter 1 einen ersten Längenbereich L1 auf, über den die Querschnitte des Kerns 1a und des Mantels 3 (unabhängig von ihrer Form und Größe) gleich bleiben. Der Außendurchmesser des Mantels 3 und damit der Lichtleiter 1 kann im Längenbereich L1 bis zu 2 mm betragen. Der Lichtleiter 1 geht in einen taperförmigen zweite Längenbereich L2 über, in dem sich die Querschnitte des Kerns 1a und des Mantels 3 vom ersten Längenbereich L1 aus gesehen bis zur Endfläche S2 stetig (taperförmig) vergrößern. Der Kern 1a kann dabei auch über den zweiten Längenbereich L2 hinausragen, um zum Beispiel optische BRAGG-Gitter anstelle der Verspiegelung einzubringen.
  • Um das Licht zum Pumpen des Kerns 1a zuzuführen, dient eine Pumpfaser 5, die sich durch die Endfläche S2 in den Mantel 3 des taperförmigen Längenbereichs L2 hinein erstreckt, und zwar in Richtung zum Längenbereich L1 hin, entlang des Kerns 1a. Die Pumpfaser 5 wird sozusagen vom Mantel 3 aufgenommen und ist mit diesem innig zu einer optischen Einheit verbunden, hier durch Verschmelzen des Mantels 3 mit der Pumpfaser 5. Die Pumpfaser 5 kann bis in den Längenbereich L1 hineinreichen. Die Einkopplung des Lichts durch die Pumpfaser 5 erfolgt hier in den Mantel 3. Der Einfachheit halber ist in der 1 nur eine Pumpfaser 5 jeweils für den Mantel 3 eingezeichnet; es kann aber auch eine Vielzahl von Pumpfasern 5 verwendet werden. In 1 ist die Pumpfaser 5 zum Längenbereich L1 hin taperförmig verjüngt, um den zur Laserdiode 5 zurück gestreuten Pumplichtanteil klein zu halten. (Selbstverständlich kann der Querschnitt der Pumpfaser 5 auch konstant sein.) Gepumpt wird mittels einer Laserdiode 4, deren Licht hierzu in das freie Ende der Pumpfaser 5 eingekoppelt wird.
  • Vorteilhafterweise kann der Querschnitt des Kerns 1a zusätzlich eine Längsperiodizität (von ca. 1mm) aufweisen, was die Einkopplung von Pumplicht in den Kern 1a weiter verbessert.
  • Der erste und zweite Längenbereich L1 und L2 des Lichtleiters 1 bilden eine multimodale Wellenleiterstruktur, die das eingekoppelte Licht wie ein Multimode-Lichtwellenleiter weiterleitet, während der Kern 1a im Inneren der multimodalen Wellenleiterstruktur als Monomode- oder Multimode-Laser arbeitet.
  • Der Lichtleiter 1 ist als mikrostrukturierter Multimode-Lichtwellenleiter ausgebildet. Dazu ist der Mantel 3 mit einer Ummantelung 3a, also einem weiteren Mantel, versehen. Die Ummantelung 3a weist kapillarartige Hohlräume 3b auf, welche unter ihrer Mantelfläche 3c am Rand nebeneinander liegen und jeweils in Richtung des Kerns 1a verlaufen. In die Ummantelung 3a erstreckt sich ebenfalls eine Pumpfaser 5a vom taperförmigen zweiten Längenbereich L2 zum ersten Längenbereich L1 hin in den zweiten Längenbereich L2 hinein, in die das Licht der Laserdiode 4a eingekoppelt wird. Auch diese ist mit dem Lichtleiter 1 zu einer optischen Einheit verbunden. Der Einfachheit halber ist in der 1 wieder nur eine Pumpfaser 5a eingezeichnet, die aber auch für eine Vielzahl von Pumpfasern 5a 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 Ummantelung 3a vorhanden, die allerdings keine Hohlräume 3a aufweist, sondern mit einem entsprechenden Polymer beschichtet ist.
  • Grundsätzlich ist es zur Ausbildung des Lichtleiters 1 auch möglich, die Ummantelung 3a wegzulassen und die kapillarartigen Hohlräume 3b unter der Mantelfläche 3d des Mantels 3 anzuordnen, ebenfalls am Rand nebeneinander liegend und jeweils in Richtung des Kerns 1a verlaufend. Allerdings ist dann relativ wenig Platz für das Einbringen von Pumpfasern 5 vorhanden.
  • Andererseits kann bei einem Lichtleiter 1 mit einer Ummantelung 3a auch auf die Pumpfasern 5 im Mantel 3 verzichtet werden, wenn dafür Pumpfasern 5a in der Ummantelung 3a vorgesehen sind. In diesem Falle erfolgt die Lichteinkopplung über die Pumpfasern allein über die Ummantelung 3a.
  • 3 zeigt den Querschnitt des Lichtleiters 1 im Längenbereich L1 zur Erläuterung des periodischen Brechzahlverlaufs im Mantel 3. In 3 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 Lichtleiter 1 eingezeichnet. Man erkennt, dass der Kern 1a und der Mantel 3 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 Radien R1 und R2 für einen Winkel w und in 5 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 zwischen R1 und R2) und über den gesamten Längenbereich L1, und zwar jeweils über mehrere Perioden. Über den Längenbereich L2 gilt die Periodizität allerdings nur soweit, wie sich dieser räumlich periodische Brechzahlverlauf in den Längenbereich L2 hineinerstreckt. Beim Lichtleiter 1 in 1 und 2 erstreckt sich der räumlich periodische Brechzahlverlauf über den gesamten Längenbereich L1 und L2. Dabei ist der Brechzahlverlauf im Längenbereich L2 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 Kern 1a und Mantel 3 eingehalten werden.
  • 6 zeigt den Querschnitt durch den Längenbereich L1 für einen Lichtleiter 1, bei dem der räumlich periodische Brechzahlverlauf im Mantel 3 durch parallel zum Kern 1a verlaufende Hohlräume 6 gebildet wird, wobei die Hohlräume 6 und der Kern 1a über den Querschnitt periodisch angeordnet sind, hier als Beispiel hexagonal periodisch. Dabei ist nur ein Ausschnitt des Kerns 1a mit den ihn umgebenden Hohlräumen 6 detailliert (aber nicht ganz maßstabsgerecht, sondern etwas vergrößert) gezeigt. Diese Anordnung mit hexagonaler Symmetrie der Querschnitte der Hohlräume 6 und des Kerns 1a weist die oben beschriebene Periodizität des Brechzahlverlaufs im Mantel 3 auf. Bezogen auf 1 erstrecken sich die Hohlräume 6 über beide Längenbereiche L1 und L2, wobei sich die Querschnitte über den Längenbereich L2 entsprechend vergrößern. Die sich in den periodischen Brechzahlverlauf hinein erstreckende Pumpfaser 5 kann hier vorteilhaft in einem Hohlraum 6 angeordnet sein (in einem Hohlraum 6 münden).
  • Diese periodische Anordnung von Hohlräumen 6 um einen Kern 1a mit hexagonaler Symmetrie entspricht einer Anordnung aus optischen Hohlfasern, in die der Kern 1a 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 Kern 1a beispielsweise vor dem Verschmelzen in diese einbettet. Dies ist in 7 gezeigt, wobei zum besseren Verständnis die ursprünglichen Außenflächen, d.h. die Außenflächen der Vollfasern 7 vor dem Verschmelzen, gestrichelt eingezeichnet und mit der Bezugsziffer 8 bezeichnet sind. Der Mantel 3 weist dann allgemein gesagt parallel zum Kern 1a verlaufende Bereiche auf, wobei die oben genannte spezielle Brechzahl z.B. photonische Kristallbereiche 7a aufweisen. Photonische Kristallbereiche 7a 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 Mantel 3 bzw. in der Ummantelung 3a angeordnet sein. Genauso ist es möglich, mehrere Kerne 1a exzentrisch innerhalb der Laseranordnung anzuordnen. Dabei können die Kerne 1a vorteilhafterweise so platziert werden, dass sie miteinander optisch koppeln, wie von Faserkopplern bekannt.
  • 8 zeigt einen Querschnitt einer Preform zur Herstellung einer Laseranordnung nach 2 bis 7. Sie weist einen laseroptischen Stab 10 auf, dessen Kernbereich derart dotiert ist, dass er nach dem Verziehen der Preform einen Kern 1a als aktives Lasermedium bildet. Der laseroptische Stab 10 ist in eine Vielzahl von parallel verlaufenden optischen Röhren 11 eingebettet, wobei die Dicke der Einbettung mehrere Röhrendurchmesser beträgt. Die Einbettung bildet nach dem Verziehen den o.g. Mantel 3. Die Röhren 11 bilden über den Querschnitt eine (hexagonal) periodische Anordnung. In eine der Röhren 11 ist eine Pumpfaser 5 (oder in den Röhren 11 sind mehrere Pumpfasern 5) in die Preform 9a hinein gesteckt. Dabei kann die Pumpfaser 5 (können die Pumpfasern 5) auch zwischen den Röhren 11 angeordnet sein.
  • Um die Röhren 11 sind weitere Röhren oder Stäbe angeordnet (nicht weiter gezeigt), die nach dem Verziehen die zusätzliche Ummantelung 3a bilden, wobei auch dort in die Röhren bzw. zwischen die Stäbe Pumpfasern 5a hinein gesteckt sind (sein können). Diese Röhren kollabieren beim Verziehen, bilden also eine Ummantelung 3a ohne Hohlräume. Anstelle dieser Röhren können auch Stäbe um die Röhren 11 angeordnet sein, wobei die Pumpfasern 5a 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 Hohlräume 3b bilden.
  • Wenn keine Pumpfasern 5, sondern nur Pumpfasern 5a in die Preform 9a hinein gesteckt sind, sind im Lichtleiter 1 nur in der Ummantelung 3a Pumpfasern 5a vorhanden, nicht aber Pumpfasern 5 im Mantel 3. Pumpfasern 5 bzw. 5a können grundsätzlich im Mantel 3 und/oder in der Ummantelung 3a angeordnet sein.
  • Hergestellt wird der Lichtleiter 1 aus der Preform 9a durch Verziehen in einer entsprechenden Ziehanlage. Dabei wird die Ziehgeschwindigkeit so eingestellt, dass nach Abziehen des Längenbereichs L1 die Ziehgeschwindigkeit derart verringert wird, dass sich anschließend der gewünschte taperförmige Längenbereich L2 ausbildet. Dann kann der Ziehvorgang beendet werden.
  • Der verbleibende Stumpf der Preform 9a hinter dem Längenbereich L2 muss nicht entfernt werden, insbesondere da aus ihm das Einkoppelende der Pumpfaser 4 herausragt. Der laseroptische Stab 10 wird zur Herstellung der Lichtleiterfunktion an seiner Endfläche entsprechend verspiegelt oder mit reflektierenden Endbereichen versehen.
  • Gepumpt wird der Lichtleiter 1 mittels der Laserdiode 4, deren Licht hierzu in das aus dem Stumpf herausragende Ende der Pumpfaser 5 eingekoppelt wird.
  • Alternativ können die Röhren 11 auch durch dotierte Glasstäbe 12 ersetzt sein; 9 zeigt einen Querschnitt 9 einer Preform 9a mit Stäben 12 anstelle von Röhren 11. Die Pumpfaser 5 befindet sich hier in den Zwischenräumen zwischen den Stäben 12 und/oder im Bereich der zusätzliche Ummantelung 3a entsprechend dem zu 8 gesagten.
  • Um den Kern 1a herum kann zusätzlich jeweils ein unmittelbar zum Kern 1a gehörender Mantelbereich angeordnet sein und erst unmittelbar darüber der Mantel 3. 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 Mantel 3 die Funktion dieses Mantels (Claddings) mit übernimmt. Wesentlich ist hier allein der Mantel 3, der zur direkten Ausbildung des Wellenfeldes in der aktiven Faser (Kern 1a) dient, z.B. eines monomodalen Wellenfeldes. Im Allgemeinen ist dann der Mantel 3 mit einer kleineren optischen Brechzahl versehen.

Claims (5)

  1. 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.
  2. 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.
  3. Laseranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Kern (1a) über den gesamten zweiten Längenbereich (L2) erstreckt.
  4. Laseranordnung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (1a) über den zweiten Längenbereich (L2) hinausragt.
  5. 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.
DE102009007096.6A 2009-02-01 2009-02-01 Laseranordnung mit einem Lichtleiter Active DE102009007096B4 (de)

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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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