DE19811371A1

DE19811371A1 - Abstimmbarer Faserlaser

Info

Publication number: DE19811371A1
Application number: DE1998111371
Authority: DE
Inventors: Holger Zellmer
Original assignee: Carl Zeiss Jena GmbH
Current assignee: Jenoptik AG
Priority date: 1998-03-16
Filing date: 1998-03-16
Publication date: 1999-10-07

Abstract

Ein abstimmbarer Faserlaser weist einen mit einem Seltenerde oder anderen laseraktiven Materialien dotierten aktiven Kern auf, der in einem Cladding angeordnet ist sowie einen Resonator mit einem ersten Resonatorspiegel (105), über den Strahlung einer Pumplichtquelle (101) in die Faser (104) des Faserlasers eingekoppelt wird, und mit einem zweiten Resonatorspiegel (111), auf den die Laserstrahlung fokussiert wird. Um den Faserlaser mit einfachen Mitteln über einen großen Spektralbereich abstimmen zu können, ist im Resonator des Faserlasers zur Wellenlängenselektion zwischen Faserende (106) und zweitem Resonatorspiegel (111) eine als dispersives Element wirkende Linse oder Linsengruppe (108) angeordnet. Zur schnellen und einfachen Abstimmung können die Linse oder Linsengruppe (108) und/oder die der Pumplichtquelle abgewandte Faserendfläche (106) und/oder der zweite Resonatorspiegel (111) relativ zueinander axial verschoben werden.

Description

Die Erfindung betrifft einen abstimmbaren Faserla ser gemäß Oberbegriff des Anspruch 1.

Es ist bekannt, zur Abstimmung von Faserlasern nachfolgend näher beschriebene Methoden anzuwenden:

1. Abstimmbarer Faserlaser mit dielektrischem Filter:
Bei der in Electronics Letters Vol. 29, No. 8, S. 755-757 beschriebenen Verfahren wird die aus dem Faserlaser aus tretende Strahlung mit einem Mikro skopobjektiv kollimiert und auf den Resonatorspiegel fokussiert. Zwischen Kolliminator und Spiegel befin det sich ein spezielles dielektrisches Bandpass-Fil ter, dessen Transmissionswellenlänge von dessen Win kel zur optischen Achse abhängt. Durch Verkippen des Filters läßt sich der Faserlaser abstimmen. Der Nachteil dieser Anordnung ist, daß sich die dielek trischen Filter nur um wenige Nanometer abstimmen lassen. Zudem muß mit achromatischen Kollimatoren gearbeitet werden, damit der Laserresonator für alle Wellenlängen stabil ist.
2. Abstimmbarer Faserlaser mit Faser-Bragg-Gittern:
Aus Electronics Letters Vol. 31, No. 1, S. 37-38 ist ein Faserlaser mit Abstimmung durch Faser-Bragg-Git ter bekannt. Die Abstimmung erfolgt durch mechani sches oder thermischen Dehnen der Gitter. Der Nach teil dieser Technik ist der geringe Abstimmbereich. Ferner lassen sich Bragg-Gitter nur in bestimmte Fasern schreiben.
3. Abstimmbarer Faserlaser mit Dispersionsgitter:
Aus Conference on Lasers and Electro-Optics 1994, Anaheim, CA, Technical Digest (Opatical Society of America, Washington DC, 1994), Paper CMK1, S. 38 ist ein abstimmbarer Faserlaser mit Dispersionsgitter in Littmann-Anordnung bekannt. Der Nachteil dieser Technik ist der hohe Aufwand an Komponenten und die Notwendigkeit eines achromatischen Kollimators um den Laserresonator stabil zu halten.
4. Andere Lösungen sind die Verwendung von Dispersions prismen, für die sinngemäß die gleichen Nachteile wie für Dispersionsgitter gelten oder die technisch sehr aufwendige Anwendung von Akusto-Optischen Modu latoren zur Abstimmung.

Die Aufgabe der folgenden Erfindung besteht darin, einen Faserlaser der eingangs genannten Art so aus zu bilden, daß dieser mit einfachen Mitteln über einen großen Spektralbereich abstimmbar ist.

Diese Aufgabe wird durch die Erfindung gemäß An spruch 1 gelöst.

Vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der Aufgabenlösung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Durch die Erfindung ist es möglich einen Faserlaser über seinen gesamten Emissionsbereich optimal abzustim men. Die Erfindung ermöglicht eine sehr einfache Selek tion einer von mehreren Laserlinien.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand der beigefüg ten Zeichnung näher erläutert werden:
Es zeigt

Fig. 1 schematisch eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Faserlasers,

Fig. 2 schematisch eine zweite Ausführungsform ei nes erfindungsgemäßen Faserlasers und

Fig. 3 schematisch eine dritte Ausführungsform ei nes erfindungsgemäßen Faserlasers.

Gleiche Bauteile in den Figuren der Zeichnungen sind mit den gleichen Bezugzeichen versehen.

Die Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines er findungsgemäßen Faserlasers 100, bestehend aus einer Pumplichtquelle 101, vorzugsweise einer Laserdiode, deren Strahlung über eine Koppeloptik 103 als Pumplicht 102 in eine aktive Faser 104 eingekoppelt wird. Das Pumplicht 102 wird durch einen ersten Resonatorspiegel 105, der auf der laserdiodenseitigen Faserendfläche angeordnet ist oder mit einer Linse (nicht dargestellt) angekoppelt wird, eingekoppelt. Die Laserstrahlung 107 tritt aus dem der Laserdiode abgewandten Faserende 106 aus und wird mit einer Linse 108, die vorzugsweise als asphärische Linse oder als Linsensystem ausgebildet ist, auf einen zweiten Resonatorspiegel 111 fokussiert. Durch die Dispersion der Linse 108 liegt, je nach Stel lung der Linse 108 oder des zweiten Resonatorspiegels 111 nur für eine bestimmte Wellenlänge 109 der Fokus auf dem Resonatorspiegel 111. Für eine längere Wellen länge 110 liegt der Fokus hinter, für eine kürzere Wel lenlänge vor dem Resonatorspiegel 111. Die Wellenlän genselektion erfolgt dadurch, daß der Resonator des Faserlasers nur für die Laserstrahlung der Wellenlänge stabil ist, die einen Fokus genau auf dem Resonator spiegel 111 hat. Die Laserstrahlung 112 wird durch den zweiten Resonatorspiegel 111 ausgekoppelt. Zur schnel len und einfachen Abstimmung können beispielsweise die Linse oder Linsengruppe 108 und/oder die der Laserdiode abgewandte Faserendfläche 106 und/oder der zweite Reso natorspiegel 111 relativ zueinander axial verschoben werden, beispielsweise durch Befestigung an einem Pie zotranslator 113 mit Hilfe eines geeigneten Halters 114.

Die Fig. 2 zeigt eine Ausbildung eines erfindungs gemäßen Faserlasers 200, die sich von der Ausbildung nach Fig. 1 dadurch unterscheidet, daß zwischen dem Faserende 106 und dem zweiten Resonatorspiegel 111, in der Zeichnung zwischen der faserendseiten Linse 108 und dem zweiten Resonatorspiegel 111, ein Etalon 213 an geordnet ist, das eine spektrale Einengung des Lasers bewirkt. Ferner kann durch Anordnung einer Brewster platte 214 zwischen Faserende 106 und zweitem Resona torspiegel 111, in der Zeichnung im Strahlengang zwi schen dem Etalon 213 und dem zweiten Resonatorspiegel 111, linear polarisierte Laserstrahlung erzeugt werden.

Die Fig. 3 zeigt eine Ausbildung eines erfindungs gemäßen Faserlasers 300, die sich von der Ausbildung nach Fig. 1 nur dadurch unterscheidet, daß die Laser strahlung nicht durch den zweiten Resonatorspiegel 111 ausgekoppelt wird, sondern auf der Seite der Pumpquelle 101 durch den ersten Resonatorspiegel 105. Hierzu wird als zweiter Resonatorspiegel 111 vorzugsweise ein hoch reflektierender Spiegel verwendet. Die Strahlung 102 der Laserdiode 101 wird über eine Linsengruppe 103a und 103b durch den ersten Resonatorspiegel 105 in die akti ve Faser 104 eingekoppelt. Die Linse 103b, vorzugsweise ein achromatisches Linsensystem, dient dabei gleich zeitig zum Kollimieren der Laserstrahlung 312, die dem Pumplicht 102 entgegen läuft. Die Laserstrahlung 312 wird vom Pumplicht 102 mit Hilfe eines dichroitischen Strahlteilers 313 getrennt.

Der Faserlaser weist einen mit einem Seltenerde oder anderen laseraktiven Materialien dotierten aktiven Kern auf, der in einem Cladding angeordnet ist, wie dies an sich bekannt ist und daher nicht näher beschrieben und dargestellt ist.

Die Abmessungen des abstimmbaren Faserlasers nach den Fig. 1-3 sind vorzugsweise wie folgt:
Radius des aktiven Kerns: ca. 1 µm-10 µm
Länge der Faser 104: ca. 10 cm-50 m
Brennweite der Linse 108: ca. 1 mm -50 mm
Abstand des zweiten Resonator spiegels 111 von der Linse 108: ca. 1 mm-1 m
Als Materialien für die aktive Faser sind alle übli chen laseraktiven Fasern aus beispielsweise Quarzglas, ZBLAN-Fluoridglas, Chalkogenidglas, Phosphatglas oder Schwermetalloxidglas geeignet. Als laseraktive Ionen können alle Seltenerden, beispielsweise Neodym, Erbium, Holmium, Thulium, Ytterbium oder Kombinationen dieser eingesetzt werden.

Claims

1. Abstimmbarer Faserlaser mit einem Seltenerde oder anderen laseraktiven Materialien dotierten aktiven Kern, der in einem Cladding angeordnet ist, mit einem Resona tor mit einem ersten Resonatorspiegel, über den Strahlung einer Pumplichtquelle in die Faser des Faserlasers einge koppelt wird, und mit einem zweiten Resonatorspiegel, auf den die Laserstrahlung fokussiert wird, dadurch gekenn zeichnet, daß im Resonator (104, 105, 111) des Faserla sers (100, 200, 300) zur Wellenlängenselektion zwischen Faserende (106) und zweitem Resonatorspiegel (111) eine als dispersives Element wirkende Linse oder Linsengruppe (108) angeordnet ist.

2. Abstimmbarer Faserlaser nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Linse oder die Linsengruppe (108) relativ zum Faserende (106) axial verschiebbar angeordnet ist zum Abstimmen der Wellenlänge der Laserstahlung.

3. Abstimmbarer Faserlaser nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß das Faserende (106) relativ zur Linse oder Linsengruppe (108) axial verschiebbar angeordnet ist zum Abstimmen der Wellenlänge der Laserstrahlung.

4. Abstimmbarer Faserlaser nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß der an der Seite der Linse oder Linsen gruppe (108) bzw. faserendseitig angeordnete zweite Reso natorspiegel (111) relativ zur Linse oder Linsengruppe und zum Faserende (106) axial verschiebbar angeordnet ist zum Abstimmen der Wellenlänge der Laserstrahlung.

5. Abstimmbarer Faserlaser nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Linse oder Linsengruppe (108) und der zweite Resonatorspiegel (111) relativ zueinander axi al verschiebbar angeordnet sind zum Abstimmen der Wellen länge der Laserstrahlung.

6. Abstimmbarer Faserlaser nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß im Resonator zwischen Fase rende (106) und zweitem Resonatorspiegel (111) ein Etalon (213) angeordnet ist.

7. Abstimmbarer Faserlaser nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß im Resonator zwischen Fase rende (106) und zweitem Resonatorspiegel (111) zusätzlich ein Polarisator (214) angeordnet ist.

8. Abstimmbarer Faserlaser nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserstrahlung auf der der Pumplichtquelle (101) gegenüberliegenden Seite der aktiven Faser (104) durch den zweiten Resonatorspiegel (111) ausgekoppelt wird.

9. Abstimmbarer Faserlaser nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserstrahlung auf der Seite der Pumplichtquelle (101) durch den ersten Resona torspiegel (105) ausgekoppelt wird.

10. Abstimmbarer Faserlaser nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Trennung der Strahlung (102) der Pumplichtquelle (101) von der pumplichtquellenseitig aus gekoppelten Laserstrahlung (312) ein dichroitischer Strahlteiler (313) vorgesehen ist.