DE60003736T2

DE60003736T2 - Laservorrichtung und zugehöriger Verstärker für optische Signale

Info

Publication number: DE60003736T2
Application number: DE60003736T
Authority: DE
Inventors: Katsuhisa Itoh
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1999-03-17
Filing date: 2000-03-15
Publication date: 2004-06-03
Anticipated expiration: 2020-03-16
Also published as: DE60003736D1; EP1037334B1; EP1037334A2; EP1037334A3; US6795460B1

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Laservorrichtung und auf einen optischen Signalverstärker unter Verwendung einer derartigen Laservorrichtung; insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Laservorrichtung zur Erzeugung eines Laserstrahls durch Liefern von Pumplicht an ein Lasermedium einer Laserfaser; ferner bezieht sich die Erfindung auf einen optischen Signalverstärker zum Verstärken eines optischen Signals unter Verwendung einer solchen Vorrichtung.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Die Entwicklung einer praktikablen Laservorrichtung mit hoher Leistung und geringen Kosten wird von der optischen Nachrichtenindustrie und der optischen Bearbeitungstechnologie erwartet.
Zu den erfolgversprechenden Technologien gehört bekanntlich ein optischer Faserlaseroszillator oder ein optischer Wellenleiterlaseroszillator, wobei ein Vorteil insofern erreicht wird, dass die Schwingungsmode einzeln eingestellt werden kann, wenn derartige Oszillatoren konstruiert und hergestellt werden und zwar durch Einstellen des Kerndurchmessers und der Brechungsindexdifferenz zwischen dem Kern und einer Beschichtung bzw. einem Mantel. Derartige Oszillatoren können auch einen hochqualitativen Laserstrahl vorsehen und zwar räumlich und in effizienter Weise, da die Oszillatoren eine hohe Wechselwirkung vorsehen können zwischen einem Lasermedium und dem Strahl und zwar durch intensives Einschränken des Strahls, wobei sich eine lange Wechselwirkung in der Faser ergibt.
Ein Problem, welches gelöst werden muss, um eine Laserstrahlerzeugung mit hoher Leistung und hoher Effizienz vorzusehen, besteht darin, dass man in effektiver Weise das Pumplicht in das Zusatzgebiet (üblicherweise ein Kern teil) eingibt, in dem das Lumineszenzzentrum ist, wie beispielsweise Laseraktivierungsionen oder einen Farbstoff oder dergleichen und zwar durch Hinzufügung oder durch Dotierung.
Wenn jedoch der Kerndurchmesser entsprechend einem üblichen Einzelmodewellenleiterzustand eingestellt ist, besteht eine Beschränkung auf das zusätzliche Gebiet, in dem das Lumineszenzzentrum dotiert ist, um einen Durchmesser zu besitzen, der nicht größer als 10 und mehrere μm ist, was zu klein ist, um in effizienter Weise im allgemeinen Pumplicht einzuführen.
Es ist daher ein Verfahren bekannt unter Verwendung einer Vorrichtung, die als ein Faserlaser der Doppelmantel- bzw. Doppelbeschichtungsbauart bezeichnet wird. Der Faserlaser der Doppelbeschichtungsbauart weist einen zweiten Mantel- bzw. Beschichtungsteil auf und zwar außerhalb eines ersten Mantel- bzw. Beschichtungsteils, welches aus einer transparenten Substanz hergestellt ist und zwar mit einem geringeren Brechungsindex als der erste Beschichtungsteil. Das Pumplicht, eingeführt von der Kantenoberfläche, wird auf innerhalb des ersten Beschichtungsteils und des Kernteils eingeschränkt, und zwar infolge der Totalreflexion, die sich aus der Brechungsindexdifferenz zwischen dem zweiten Beschichtungsteil und dem Beschichtungsteil ergibt, derart, dass das eingeschränkte Pumplicht durch das zusätzliche Gebiet läuft, in dem das Luminiszenzzentrum hinzuaddiert ist, wobei das Pumplicht fortlaufend in dem Luminiszenzzentrum absorbiert wird um dadurch eine hohe Leistung des Laserstrahls zu erzeugen (E. Snitzer, N. Po, F. Hakimi, R. Tumminelli, und B.C. McCllum, in Optical fiber Sensors, Band 2 der 1988 OSA Technical Digest Series (Optical Society of Amecia, Ishington D.C., 1988), paper PDS.).
Wenn jedoch bei dem Faserlaser der Doppelbeschichtungsbauart die Querschnittskonfiguration des inneren Beschichtungsteils kreisförmig ist, wird nur das Pumplicht, welches selektiv benachbart durch das zusätzliche Gebiet läuft, in effektiver Weise in das Lasermedium absorbiert und die Absorptionsrate des Pumplichts, welches durch das andere Gebiet läuft, ist niedrig. D.h., die Absorptionssättigung tritt abhängig von den Modes oder Betriebsarten auf. Somit bemüht man sich, die Querschnittskonfiguration des inneren Beschichtungsteils rechteckig zu formen. Es ist jedoch im allgemeinen schwierig, die Faser mit anderen Querschnittskonfigurationen als kreisförmig herzustellen, da eine derartige Faser weniger mechanische Festigkeit besitzt.
Um solche Probleme zu lösen, wurden eine optische Faserlaservorrichtung (Japanische Patentanmeldung 10-135548) und eine Laservorrichtung (Japanische Patentanmeldung 10-190097) vorgeschlagen, in denen das Pumplicht in das zusätzliche Gebiet von seitlich angeordneten Seiten der Laserfaser eingeführt wird.
Wenn Pumplicht von der lateralen Seite in das zusätzliche Gebiet eingeführt wird, so ist die Länge des Wellenleiters (L) lang und zwar verglichen mit dem Durchmesser (d) des zusätzlichen Gebietes, was als Resultat L/d > 10⁶ zur Folge hat, auf welche Weise es ermöglicht wird, eine höhere Menge an Anregungsenergie in die Faser oder den Wellenleiter zu bringen, als dies der Fall wäre, wenn das Pumplicht von der Querschnittseite des Wellenleiters eingeführt wird.
In der obigen optischen Faserlaservorrichtung und der Laservorrichtung wird Pumplicht in einer Art und Weise zum Kreuzen der Faser übertragen, so dass es notwendig ist, eine Konstruktion hoher optischer Qualität vorzusehen, mit geringen Verlusten an den Spalten zwischen den entsprechenden Fasern. Eine derartige Konstruktion mit niedrigen Verlusten wird daher in konventioneller Weise dadurch realisiert, dass man die Faser in ein optisches Klebematerial einbettet.
Wenn man jedoch den Spalt mit dem optischen Klebematerial füllt ist es notwendig, das optische Klebematerial, hergestellt aus einer organischen Substanz, zu verwenden, die empfindlich ist gegenüber und leicht geschädigt werden kann durch das Pumplicht, d.h. es besitzt einen niedrigen Widerstand gegenüber optischer Energie.
Ferner haben die oben beschriebenen Vorrichtungen einen Nachteil insofern, als die Effizienz zur Absorption des Pumplichtes gering ist. Dies liegt daran, dass in dem Faserlaser des Doppelbeschichtungs- bzw. Doppelmanteltyps, Pumplicht einer Mode oder Betriebsart, die in der Lage ist durch das Gebiet benachbart zu dem Kernteil zu laufen, wo das Lasermedium dotiert ist, selektiv absorbiert wird, und Pumplicht mit anderen Betriebsarten (Moden) als der Durchlaufbetriebsart konstante und niedrige Absorptionseffizienten besitzen.
EP 0 502 410 A bezieht sich auf einen optischen Verstärker. Optische Verstärker dienen dazu, Lichtsignale zu verstärken, die in optischen Fasern übertragen werden und durch Dämpfung bedämpft, so dass sie verstärkt werden müssen. Ein optischer Verstärker besitzt ein Faserteil, welches Lichtsignale verstärkt und besitzt einen Kern, der Lichtsignale verstärkt und ferner ist ein Mantel bzw. eine Beschichtung vorgesehen, sowie ein Pumplaser um Pumplicht zu verarbeiten. Gemäß dieser Veröffentlichung wird der Pumplaser derart angeordnet, dass das Pumplicht seitlich durch die Beschichtung in den Kern des Faserteils läuft, welches Lichtsignale verstärkt. Es besteht keine Notwendigkeit für einen optischen Faserkoppler um Pumplicht in den Kern einzuspeisen, wie dies ansonsten üblich bei optischen Verstärkern ist.
US 5 050 173 A bezieht sich auf einen phasenverriegelten Faserbündellaseroszillator, hergestellt aus einem oder mehreren aktiven Faserschleifen. Die Einzelmodefaser besitzt einen dotierten Kern und zwar umgeben von einer Beschichtung bzw. einen Mantel und die Enden sind in einer gemeinsamen Ebene positioniert unter Bildung von einer Zweikernöffnung, die optisch auf 1/20 Wellenlänge poliert ist. Die Faserendstirnflächen sind durch Indexanpassungsmaterial an einen einzigen partiell durchlässigen dielektrischen Spiegel gekoppelt und der Oszillator wird über den Ausgang einer Anordnung von Laserdioden seitlich gepumpt.
US 5 619 522 offenbart eine Laserpumpe einschließlich eines Pumpengehäuses, welches einen Pumpenhohlraum definiert. Der Pumpenhohlraum weist reflektierende Wände in zwei oder mehreren Abständen auf, die in Kombination das Laserelement des Lasers umgeben. Die zwei oder mehr Abschnitte besitzen Mitten, die voneinander versetzt sind, und die unterschiedliche Radien oder Höhen besitzen können. Die Längsachsen der Segmente sind parallel zu der Mitte oder dem Zentrum des Laserelements und die Mitte eines der Segmente kann koaxial mit der Achse des Laserelements verlaufen. Pumplicht tritt in den Pumpenhohlraum ein und zwar durch eine oder mehrere Öffnungen im Gehäuse in den Hohlraum und wird mehrere Male reflektiert und zwar durch die Reflektionsoberflächen des Hohlraums, wobei ein vielfacher Durchlauf in verschiedenen Richtungen durch die verschiedenen Teile des Laserelements erfolgt, was ein effizientes und gleichförmiges Pumpen des Laserelements zur Folge hat.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist demgemäß ein Ziel der folgenden Erfindung, eine Laservorrichtung und einen optischen Signalverstärker vorzusehen, die einen hohen optischen Energiewiderstand besitzen und leicht herstellbar sind.
Es ist ferner ein Ziel der Erfindung, eine Laservorrichtung und einen optischen Signalverstärkter vorzusehen, die eine hohe Pumplichtabsorptionseffizienz besitzen.
Das obige Ziel der Erfindung wird erreicht durch eine Laservorrichtung nach Anspruch 1. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung weist die Laservorrichtung folgendes auf: einen Pumplichtreflektionsteil, der eine hinreichend lange optische Faser und ein Strömungsmittel- bzw. Fluidmedium einbaut, und wobei das Fluidmedium einen Brechungsindex (bzw. eine Brechzahl) besitzt, der im wesentlichen identisch zu dem Außenumfang der optischen Faser ist, wodurch eine Laser vorrichtung vorgesehen wird, die leicht herzustellen und in hoch effizienter Weise realisiert werden kann.
Ferner fließt das Fluidmedium derart, dass eine Verschlechterung des Mediums infolge Wärmeerzeugung unterdrückt werden kann, wodurch eine Laservorrichtung realisiert wird mit einem hohen antioptischen Leistungswiderstand.
Das obige Ziel der vorliegenden Erfindung wird auch durch einen optischen Signalverstärker gemäß Anspruch 6 erreicht.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Ansicht, die die Gesamtkonstruktion einer Laservorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel darstellt;
2 ist eine vergrößerte Ansicht, die die Innenseite des Fasergehäuses 4;
3 ist eine schematische Ansicht, die eine Gesamtkonstruktion einer Laservorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel darstellt;
4 ist eine schematische Ansicht, die die Gesamtkonstruktion einer Laservorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel darstellt;
5 ist eine schematische Ansicht, die die Gesamtkonstruktion einer Laservorrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel darstellt;
6 ist eine schematische Ansicht, die die Gesamtkonstruktion einer Laservorrichtung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel darstellt;
7 ist eine schematische Ansicht, die die Gesamtkonstruktion einer Laservorrichtung gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel darstellt;
8 ist eine Querschnittsansicht des Bündelteils der 7 und zwar Längslinie A-A;
9 ist eine detaillierte Ansicht des Abschnitts B der 7;
10 ist eine Querschnittsansicht des Bündelteils gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel:
11 ist eine Querschnittsansicht gemäß Linie C-C der 10;
12 ist eine schematische Ansicht, die die Gesamtkonstruktion einer Laservorrichtung gemäß einem achten Ausführungsbeispiel zeigt;
13 ist eine Querschnittsansicht des Bündelteils der 12, Längslinie D-D;
14 ist eine schematische Ansicht, die eine Gesamtkonstruktion eines Faserlasers gemäß einem neunten Ausführungsbeispiel zeigt;
15 ist eine Querschnittsansicht des Bündelteils, Längslinie F-F, in 14;
16 ist eine schematische Ansicht, die eine Gesamtkonstruktion einer Laservorrichtung gemäß einem zehnten Ausführungsbeispiel zeigt;
17 ist eine schematische Ansicht, die eine Gesamtkonstruktion einer Laservorrichtung gemäß einem elften Ausführungsbeispiel zeigt;
18 ist eine schematische Ansicht, die eine Gesamtkonstruktion einer Laservorrichtung gemäß einem zwölften Ausführungsbeispiel zeigt; und
19 ist eine schematische Ansicht, die eine Gesamtkonstruktion einer Laservorrichtung gemäß einem dreizehnten Ausführungsbeispiel zeigt.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
Die bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nunmehr im einzelnen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Zuerst sei auf das erste Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eingegangen, welches unter Bezugnahme auf die 1 und 2 beschrieben wird. 1 zeigt eine Konstruktion einer Laservorrichtung 1 des ersten Ausführungsbeispiels.
Die Laservorrichtung 1 weist eine einzige Laserfaser 2 auf und zwar zur Erzeugung eines Laserstrahls, ferner ein Fasergehäuse 4 zur Unterbringung eines Teils der Laserfaser 2, einen Reflexionsspiegel 5, angebracht an einem Ende der Laserfaser 2 und eine Pumplichteinführungsfaser 3 zum Einführen von Pumplicht in das Innere des Fasergehäuses. Das Fasergehäuse 4 ist mit einem Einführungsanschluss 4a ausgestattet, und zwar zur Einführung von Indexanpassungsöl 6 in das Fasergehäuse 4 und mit einem Auslassanschluss 4a (4b) für die Abgabe des Indexanpassungsöls 6 aus dem Fasergehäuse 4. Auf diese Weise wird das Indexanpassungsöl 6 vom Fasergehäuse aufgenommen und von diesem abgegeben.
Die Laserfaser 2 ist in dem Fasergehäuse 4 untergebracht und beide Anschlussenden der Laserfaser 2 sind außerhalb des Fasergehäuses 4 angeordnet. Ein Ende der Laserfaser 2 außerhalb des Fasergehäuses 4 ist an einem Reflexionsspiegel 5 angebracht.
Die Laserfaser 2 kann aus einem auf Siliziumdioxid basierenden Glas oder einem nicht auf Siliziumdioxid basierendem Glas hergestellt sein. Wenn eine Laserfaser aus auf Siliziumdioxid basierendem Glas hergestellt ist, so kann eine Laservorrichtung mit weniger Übertragungsverlust vorgesehen werden. Auch kann die auf Siliziumdioxid basierende Glasfaser in geeigneter Weise für eine mit hoher Leistung und hoher Energiedichte erfolgende Schwingung oder Oszillation verwendet werden und zwar wegen ihres hohen Schmelzpunkts von mehr als 1.700°C.
Als Lasermedium dotiert in die auf Siliziumdioxid basierenden Glasfaser wird Nd³⁺ am bevorzugtesten verwendet, welches hauptsächlich einen Laserstrahl mit einer Wellenlänge von 1,06 μm erzeugt. Unter den Lasermedien von seltenen Erdelementen hat das Nd³⁺-Ion einen relativ größeren stimulierten Emissionsquerschnitt und eine Lebensdauer von einigen wenigen Hunderten μs auf einem anfänglichen Emissionspegel, auf welche Weise die Siliziumdioxidfaser mit Nd³⁺ in effizienter Weise einen Laserstrahl mit einem 1,06 μm Band erzeugen kann.
Da eine Laserschwingung in einem 1,06 μm Band durch Nd³⁺ Ionen, dotiert in dem auf Siliziumdioxid basierenden Glaskern, eine Vier-Niveau- bzw. Vier- Stufen-Laserschwingung ist, ist eine Schwingungsschwelle davon wesentlich niedriger als die einer Drei-Niveau Laserschwingung, und somit kann die Schwingung leicht vorgesehen werden. Daher hat eine auf Siliziumdioxid basierende Glasfaser in der Nd³⁺-Ionen in den Kern dotiert sind einen Vorteil insofern, als die Faser eine hohe Effizienz, eine niedrige Schwelle und einen hohen optischen Energiewiderstand besitzt.
Wenn die Laserfaser 2 aus nicht auf Siliziumdioxyd basierendem Glas, wie beispielsweise Fluoridglas, Chalcogenidglas und Telluritglas hergestellt ist, kann die Laserschwingung eines Infrarotbandstrahles infolge der Niedrigphotonenabsorption vorgesehen werden, was nicht durch einen auf Siliziumdioxid basierende Glasfaser geschehen kann. Wenn beispielsweise Ce³⁺ in den Nichtsiliziumdioxidkern dotiert wird, so wird die Wellenlänge des oszillierenden oder schwingenden Laserstrahls 5 μm und wenn Pr³⁺ in den Nichtsiliziumdioxidkern dotiert wird, wird die Wellenlänge des schwingenden Laserstrahls 5 μm, 1,3 μm und 2,3 μm. Beispiele von Lasermedium dotiert in dem nicht auf Siliziumdioxid basierenden Glas und schwingende Laserwellenlängen, erzeugt dadurch, sind die Folgenden: Nd³⁺: 5 μm, 2,5 μm/Tb³⁺: 5 μm/Dy³⁺: 3 μm, 1,34 μm, 1,7 μm/Ho³⁺: 5 μm, 4 μm, 3 μm, 2 μm/Er³⁺: 3 μm, 3,5 μm, 4 μm/Tm³⁺: 5,5 μm, 4 μm, 2 μm, 1,2 μm/Eu³⁺: 0,5–0,4 μm.
Im allgemeinen ist durch Fluoridglas, Chalcogenidglas und Telluritglas eine Multiphotonenabsorption infolge der angeregten Zustandsabsorption (ESA = Exited State Absotption) intensiv verglichen mit auf Siliziumdioxid basierendem Glas, und Frequenzumwandlung von langer Wellenlänge zu kurzer Wellenlänge kann realisiert werden. Beispielsweise kann ein grüner Laserstrahl durch Er³⁺, rote, grüne und blaue Laserstrahlen durch Pr³⁺ und ein blauer Laserstrahl durch Tm³⁺ erzeugt werden.
In dem optischen Signalverstärker kann durch eine Fluoridglasfaser oder eine Chalcogenidglasfaser, in die Pr³⁺ dotiert ist, ein optisches Signal mit einer 1,3 um Welle verstärkt werden, was durch eine auf Siliziumdioxid basierende Glasfaser schwer zu erreichen ist. Durch eine Mehrfachkomponenten- Aluminiumsilikatfaser oder Telluritfaser kann eine optische Signalverstärkungsgröße in einem 1,5 μm Wellenband weniger abhängig von der Wellenlänge vorgesehen werden, wodurch ein optisches Signal durch Wellenlängenmultiplexen der optischen Übertragung in einer Verschiedenheit von Bändern verstärkt werden kann. Wenn Yb³⁺, Er³⁺, Ce³⁺, Tm³⁺ oder Ho³⁺ als Lasermedium in dem Nichtsiliziumdioxidglaskern dotiert wird, kann die Beschichtung hergestellt sein aus auf Siliziumdioxid basierendem Glas.
Die Pumplichteinführungsfaser 3 ist derart angeordnet, dass ein Anschlussende sich durch einen Pumplichteinführungsanschluss 4c innerhalb des Fasergehäuses 4 erstreckt, auf welche Weise die Spitze des Anschlussendes das Pumplicht in das Fasergehäuse 4 strahlt.
Als eine Pumplichtquelle kann eine im Handel verfügbare Laserdiode (LD) mit Wellenlängen von 1,5 μm, 0,98 μm, 0,9 μm, 0,8 μm, 0,67 μm oder dergleichen verwendet werden. Es kann auch ein Festkörperlaser verwendet werden, und zwar gepumpt durch LD und zwar mit einer Wellenlänge von 1,06 μm, 1,1 μm oder 0,53 μm.
Das Indexanpassungsöl 6 hat im wesentlichen den gleichen Anpassungsbrechungsindex wie die Beschichtungslage. Als ein Indexanpassungsöl kann eines, vorzugsweise mit niedriger Viskosität verwendet werden, um seine Fließfähigkeit zu verbessern. Wenn die optische Faser aus einem auf nicht Siliziumdioxid basierenden Glas hergestellt ist, was leicht durch Wasser verschlechtert wird, wird bevorzugter Weise ein Indexanpassungsöl mit weniger Wassergehalt verwendet.
In 2 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht dargestellt, die das Innere des Fasergehäuses 4 zeigt. Innerhalb des Fasergehäuses 4 befindet sich eine metallplattierte Schicht 4c und zwar plattiert mit Gold oder einem anderen geeigneten Material und ausgebildet durch einen Plattierprozess, und ferner ist eine transparente Mantel- bzw. Beschichtungslage 4d vorgesehen, und zwar aus Fluorkohlenstoffpolymer oder dergleichen.
Die Laserfaser 2, untergebracht innerhalb des Fasergehäuses 4, bestehend aus einem dotierten Kern 2a zur Erzeugung eines Laserstrahls, initiiert durch das Pumplicht und eine Mantel- bzw. Beschichtungslage (cladding layer auch Mantelteil oder Mantellage oder Mantelschicht) 2b, umgibt den dotierten Kern 2a, auf welche eine Faser vorgesehen wird mit einer Koaxialkonstruktion, den zentralen oder mittigen dotierten Kern 2a und die Beschichtungslage 2b aufweisend, die sich radial nach außen von dem Umfang des dotierten Kerns 2a erstreckt. Spalten zwischen der Laserfaser 2 sind mit dem Indexanpassungsöl 6 gefüllt.
In dieser Anordnung sind die Materialien für die Mantelschicht bzw. Beschichtungslage 2b und das Indexanpassungsöl 6 derart ausgewählt, dass sie im wesentlichen den gleichen Brechungsindex miteinander besitzen, und wobei ferner das Material für die transparente Beschichtungslage 4d derart ausgewählt wird, dass sie einen kleineren Brechungsindex besitzt, als die Beschichtungslage 2b und das Indexanpassungsöl 6.
Als nächstes wird der Betrieb der Laservorrichtung 1 des ersten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die 1 und 2 beschrieben. Als erstes sei die Strömung des Indexanpassungsöls 6 beschrieben, welches im Wesentlichen den gleichen Anpassungsindex besitzt wie die Beschichtungslage 2b.
Das Indexanpassungsöl 6 wird durch eine Pumpe oder dergleichen unter Druck gesetzt, und innerhalb des Fasergehäuses 4 durch den Einführungsanschluss 4a "imprägniert" oder eingeführt. Das Indexanpassungsöl 6, welches in das Fasergehäuse 4 eingeführt ist, füllt das Innere des Fasergehäuses 4 und wird durch den Abgabeanschluss 4b abgegeben. Auf diese Weise wird innerhalb des Fasergehäuses 4 ein Zustand ausgebildet, wo das Indexanpassungsöl 6 stetig fließt.
Im allgemeinen hat ein nicht aus Siliziumdioxid basierendes Glas einen niedrigeren Wärmewiderstand als auf Siliziumdioxid basierendes Glas. Wenn somit die nicht auf Siliziumdioxid basierende Glasfaser verwendet wird, verhindert die Fluidität oder Strömungsfähigkeit des Indexanpassungsöls die Verschlechterung nicht nur des Indexanpassungsöls 6, sondern auch der Laserfaser, die nicht auf Siliziumdioxid basiert.
Als nächstes werden die Operationen für die Laserstrahlerzeugung beschrieben.
Das durch die Pumplichteinführungsfaser 3 eingeführte Pumplicht pflanzt sich innerhalb des Fasergehäuses 4 während des Durchkreuzens der Laserfaser 2 und des Indexanpassungsöls 6 fort und erreicht die Innenwand des Fasergehäuses 4 und wird durch die metallplattierte Lage oder Schicht 4c der transparenten Beschichtungslage 4d reflektiert. Das reflektierte Pumplicht pflanzt sich innerhalb des Fasergehäuses 4 in der gleichen Weise fort, um wiederholt durch die metallplattierte Schicht oder Lage 4c oder die transparente Beschichtungslage 4d reflektiert zu werden.
Ein Teil des jede Faltung der Laserfaser 2 kreuzenden Pumplichts erreicht den dotierten Kern 2a und der dotierte Kern 2a, bestrahlt durch das Pumplicht, erzeugt einen Laserstrahl. Der erzeugte Laserstrahl pflanzt sich durch die Laserfaser 2 fort. Sobald der erzeugte Laserstrahl das Ende der Laserfaser 2, versehen mit dem Reflexionsspiegel 5 erreicht, wird der Laserstrahl dadurch reflektiert, um das andere Ende der Laserfaser 2 zu erreichen, und um so abgegeben zu werden.
Auf diese Weise ist in diesem Ausführungsbeispiel das Fasergehäuse 4, welches die Laserfaser 2 enthält, mit Indexanpassungsöl 6 angefüllt, und sodann wird das Pumplicht in das Fasergehäuse 4 derart eingeführt, dass das eingeführte Pumplicht den dotierten Kern 2a der Laserfaser 2 erregt, um so den Laserstrahl zu erzeugen, während das Pumplicht wiederholt innerhalb des Fasergehäuses 4 reflektiert wird. Daher kann die Vorrichtung eine effiziente Laserstrahlerzeugung durch eine Vorrichtung einfacher Konstruktion vorsehen, wodurch eine Verminderung der Vorrichtung der Produktionskosten eintritt.
Das Pumplicht wird während das Indexanpassungsöl 6 fließt, bestrahlt. Auf diese Weise leidet ein Teil der Moleküle nicht unter konstanter intensiver Bestrahlung des Laserstrahls, so dass der Antilaserstrahlwiderstand des Indexanpassungsöls bemerkenswert verbessert wird. Ferner sieht diese Konstruktion auch einen Kühleffekt für die Laserfaser vor, wodurch eine Verschlechterung des Indexanpassungsöls, begleitet durch einen Temperaturanstieg der Laserfaser 2, vermieden wird.
In der obigen Vorrichtung kann die Beschichtungslage 2b der Laserfaser 2 mit einem Polymer beschichtet werden, das bei der Wellenlänge des Pumplichtes transparent ist und im wesentlichen den gleichen Brechungsindex besitzt wie die Beschichtungslage 2b. Diese Polymerbeschichtung ist vorzugsweise so dünn wie möglich ausgebildet, um die Kühleffizienz zu verbessern und die Laserschädigung herabzusetzen.
Als nächstes wird ein erstes Beispiel des ersten Ausführungsbeispiels beschrieben. In dem ersten Ausführungsbeispiel wird eine auf Siliziumdioxid basierende Glasfaser mit 50 μm Kerndurchmesser verwendet. Ferner gilt folgendes: die Faser hat einen Beschichtungsdurchmesser von 125 μm und eine numerische Öffnung oder Apertur von 0,2 wird verwendet, wobei Nd³⁺-Ionen von 0,2 At% innerhalb des Kerns dotiert sind. Eine derartige Laserfaser von 100 m Länge wird in ein rechteckiges Parallelopiped-Gefäß gepackt und zwar von 250 × 180 × 30 mm und ein Indexanpassungsöl mit einem Brechungsindex von 1,458 wird verwendet, wobei bei Raumtemperatur 30 Poiseviskosität vorliegt und Transparenz in einen Wellenlängenbereich von 0,5–0,85 μm. Dieses Öl wird in das Gefäß mit 1 l/min eingegeben.
Dieses Gefäß ist aus einem transparenten Fluorkohlenstoffpolymer hergestellt und zwar mit einer Dicke von 0,5 mm und die Außenoberfläche des Polymers ist mit Gold beschichtet. Auf der Innenoberfläche des Gefäßes auf der Seite mit 180 mm Breite sind Fenster vorgesehen zum ein Einführen von Pumplicht und zwar sind diese Fenster mit gleicher Distanz angeordnet und zwar in einer Matrix von 20 longitudinalen oder langgestreckten Reihen und zwei breitenmäßig angeordneten Reihen und wobei ferner jedes der Fenster mit einem Pumplicht verbunden ist, zur Einführung der Faser mit einer numerischen Apertur von 0,2, einem rechteckigen Querschnitt von 1,0 mm × 0,3 mm und einer Länge von 1,5 m. Das andere Anschlussende der Pumplichteinführungsfaser, das nicht mit dem Gefäß verbunden ist, ist jeweils verbunden mit einer Laserdiode von 0,8 μm Wellenlänge und 200 W Ausgangsleistung mittels einer optischen Linse.
Ein Ende der Laserfaser wird senkrecht gegen einen Reflexionsspiegel gepresst und zwar mit einer Reflektivität von 99,9% und das andere Ende verbleibt als eine beschnittene Oberfläche von ungefähr 4% Reflexionsvermögen. Durch Einführen von Pumplicht von 8 kW insgesamt wird eine Laserschwingung beobachtet und zwar ausgegeben von der abgeschnittenen Endoberfläche der Laserfaser mit 1,2 kW Leistung und 1,06 μm Wellenlänge.
Als nächstes wird ein zweites Beispiel des ersten Ausführungsbeispiels beschrieben. In dem ersten Ausführungsbeispiel wird eine ZnF₄-Fluoridglasfaser verwendet und zwar mit 50 μm Kerndurchmesser, 125 μm Beschichtungsdurchmesser und einer numerischen Apertur von 0,2 wobei Nd³⁺-Ionen von 1 At% innerhalb des Kerns dotiert sind. Eine solche Laserfaser mit 50 m Länge wird in das gleiche rechteckige Parallelopiped-Gefäß gepackt, wie dies im ersten Beispiel verwendet wurde und ein Indexanpassungsöl mit einem Brechungsindex von 1,51 und einer Viskosität von 30 Poise bei Raumtemperatur, welches in einem Wellenlängenbereich von 0,5 bis 0,85 μm transparent ist, wird in das Gefäß mit 1 l/min eingegeben.
Jedes der Fenster des Gefäßes ist mit einer Pumplichteinführtaser verbunden mit einer numerischen Apertur von 0,2, einem rechteckigen Querschnitt von 1,0 mm × 0,3 mm und einer Länge von 1,5 m. Das andere Anschlussende der Pumplichteinführfaser, die nicht mit dem Gefäß verbunden ist, ist jeweils verbunden mit einer Laserdiode von 0,8 μm Wellenlänge und 100 W Ausgangsleistung und zwar mittels einer optischen Linse.
Ein Ende der Laserfaser ist senkrecht gegen einen Reflexionsspiegel mit einer Reflektivität von 99,9% gepresst und das andere Ende bleibt eine abgeschnittene Oberfläche mit einer Reflektanz oder einem Reflexionsvermögen von annähernd 4%. Durch Einführen von Pumplicht mit insgesamt 2 kW wird eine Laserschwingung ausgegeben an der abgeschnittenen Endoberfläche der Laserfaser beobachtet und zwar mit 0,5 kW Leistung und 1,05 μm Wellenlänge.
Im folgenden wird ein zweites Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf 3 beschrieben. 3 zeigt eine Konstruktion einer Laservorrichtung 10 des zweiten Ausführungsbeispiels.
Die Laservorrichtung 10 des Ausführungsbeispiels weist folgendes auf: eine einzelne Laserfaser 11; Trennvorrichtungen oder Separatoren 12 zum glatten Fließen oder Strömen des Indexanpassungsöls; einen Reflexionsspiegel 13; Pumplicht-LDs 14 zum Einführen von Pumplicht; eine Metallbasis 15, auf der eine Spiegeloberfläche durch Gold oder ein anderes geeignetes Material aufplattiert ist; einen Einführungsanschluss 17 zum Einführen des Indexanpassungsöls innerhalb der Metallbasis 15 und einen Auslassanschluss 16, um das Indexanpassungsöl aus der Metallbasis 15 abzugeben.
Innerhalb der Metallbasis 15 ist ein zylindrischer Raum vorgesehen und eine Laserfaser 11 ist spiralförmig in dem Raum angeordnet und zwar vom Außenumfang zur Mitte hin. Am Anschlussende der Laserfaser 11 angeordnet an der Mitte der Spirale ist ein Reflexionsspiegel 13 angebracht, und das äußere Anschlussende der Laserfaser 11 ist nach außen gegenüber der Metallbasis 15 herausgeführt. Die Konstruktion der Laserfaser 11 ist die gleiche wie die der im ersten Ausführungsbeispiel verwendeten Faser und eine weitere Beschreibung wird daher weggelassen.
Auf der Laserfaser 11 angeordnet innerhalb der Metallbasis 15 ist der Separator 12, der eine kernlose Faser aufweist, d.h. eine Faser 11 ohne den dotierten Kern, spiralförmig angeordnet, ohne sein Anschlussende an der Mitte anzuordnen. Das Indexanpassungsöl wird von dem Einführungsanschluss 17 eingeführt und fließt entlang des Separators 12 innerhalb der Metallbasis 15 und wird von dem Abgabeanschluss 16 abgegeben. Das Material für den Separator 12 ist hier das gleiche wie die Beschichtungslage der Laserfaser 11, d.h. es hat im wesentlichen den gleichen Brechungsindex wie das Indexanpassungsöl, um so nicht mit der Fortpflanzung des Pumplichtes zu interferieren oder dieses zu stören.
Eine Vielzahl von Pumplicht-LDs 14 ist auf der Seitenoberfläclhe des Zylinders innerhalb der Metallbasis 15 angeordnet, um Pumplicht in den Zylinder einzuführen. Das eingeführte Pumplicht erregt die Laserfaser 11, um einen Laserstrahl zu erzeugen, während eine wiederholte Reflexion innerhalb der Metallbasis 15 auftritt. Der erzeugte Laserstrahl pflanzt sich zu den beiden Enden der Laserfaser 11 hin fort und der den Reflexionsspiegel 13 erreichende Strahl wird dort reflektiert und von dem anderen Ende der Laserfaser 11 abgegeben.
Als nächstes wird ein erstes Beispiel des zweiten Ausführungsbeispiels beschrieben. In dem zweiten Ausführungsbeispiel wird eine auf Siliziumdioxid basierende Glasfaser verwendet und zwar mit 50 μm Kerndurchmesser, einem 125 μm Beschichtungsdurchmesser und einer numerischen Apertur von 0,2, wobei Nd³+-Ionen von 0,2 At% innerhalb des Kerns dotiert sind und zwar ist die genannte Faser in einer eine einzige Schicht bildende Spirale auf einen Außendurchmesser von annähernd 100 mm Durchmesser gewickelt und in einem Gehäuse untergebracht, welches aus einer goldplattierten Metallplatte hergestellt ist. Eine kernlose eine einzige Schicht aufweisende Siliziumdioxidfaser mit einem Durchmesser von 100 μm wird als ein Separator auf der wie oben ausgeführt zusammengebauten Laserfaser angeordnet. Diese Faser bewirkt die glatte oder ungestörte Strömung des Indexanpassungsöls. Dieser Separator ist aus dem gleichen Material hergestellt wie die Beschichtung der Laserfaser, er ist somit optisch mit dem Indexanpassungsöl assimiliert, wenn er dahineingetaucht ist, so dass keine Interferenz mit der Fortpflanzung des Pumplichts auftritt. Der Einführanschluss und der Abgabeanschluss sind benachbart zur Endoberfläche des Separators angeordnet und das Indexanpassungsöl mit einem Brechungsindex von 1,458 wird dahinein mit einer Strömungsrate von 0,1 l/min eingegeben.
Pumplicht wird durch die Laserdioden erzeugt und zwar mit einer Schwingungswellenlänge von 0,8 μm und ferner angeordnet auf der Metallbasis 15 und um den Separator 12 herum, um so eine Gesamtleistung von 2,5 kW einzugeben. Ein Ende der Laserfaser wird gegen einen Reflexionsspiegel mit einer Reflektivität von 99,9% gepresst und das andere Ende verbleibt eine abgeschnittene Oberfläche. Laserschwingungen mit 1,0 kW Leistung und einer Wellenlänge von 1,06 μm Band werden infolgedessen beobachtet.
Als nächstes wird ein zweites Beispiel des zweiten Ausführungsbeispiels beschrieben. In dem zweiten Ausführungsbeispiel wird eine AIF₃-ZrF₄-Glasfaser verwendet und zwar mit 100 μm Kerndurchmesser, 125 μm Beschichtungsdurchmesser und einer numerischen Apertur von 0,2, wobei die Er³⁺-Ionen mit 5 At% innerhalb des Kerns 3 dotiert sind, wobei diese Faser in einer einzigen Schicht oder Lage spiralförmig auf einen Außendurchmesser von annähernd 100 mm Durchmesser gewickelt ist und untergebracht ist in einem Gehäuse hergestellt aus einer goldplattierten Metallplatte. Eine kernlose eine einzige Schicht oder Lage aufweisende Faser mit einem Durchmesser von 100 μm und hergestellt aus AIF₃-ZrF₄-Glas ist als ein Separator an der wie oben erläutert zusammengebauten Laserfaser angebracht. Der Einführungsanschluss und der Auslassanschluss sind benachbart der Endoberfläche des Separators vorgesehen und Indexanpassungsöl mit einem Brechungsindex von 1,448 wird dahinein eingeführt und zwar mit einer Strömungsrate von 0,1 l/min.
Pumplicht wird durch die Laserdioden erzeugt und zwar mit einer Impulsoszillation oder Schwingungswellenlänge von 0,98 μm und angeordnet auf der Me tallbasis und um den Separator herum derart, dass eine Gesamtleistung von 500 W insgesamt eingegeben wird. Ein Ende der Laserfaser wird gegen ein Reflexionsspiegel mit einer Reflektivität von 99,9% gepresst und das andere Ende verbleibt eine abgeschnittene Oberfläche. Infolgedessen wird eine Impulslaserschwingung mit 50 W Leistungsausgangsgröße im Durchschnitt und einer Wellenlänge von 2,8 μm Band mit einer Impulsfrequenz von 100 Hz beobachtet.
Im folgenden wird das dritte Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die 4 beschrieben. 4 zeigt die Konstruktion einer Laservorrichtung 20 des dritten Ausführungsbeispiels.
Die Laservorrichtung 20 des Ausführungsbeispiels weist folgendes auf: eine einzige Laserfaser 21; einen Reflexionsspiegel 22; eine innere Anordnung 23f; eine äußere Anordnung 23e; ein Metallgehäuse 23; einen Einführungsanschluss 23b zum Einführen von Indexanpassungsöl in das Metallgehäuse 23; einen Auslassanschluss 23a zur Abgabe des Indexanpassungsöls von dem Metallgehäuse 23 und Trennfasern 23c und 23d.
Das Metallgehäuse 23 besitzt Innenoberflächen, die mit Gold oder einem anderen geeigneten Material plattiert sind und weist eine Außenanordnung 23e darinnen auf. Innerhalb der Außenanordnung 23e ist eine zylindrische Innenanordnung 23f vorgesehen, mit einem kleineren Bodendurchmesser als die Außenanordnung, und der Raum zwischen den Seitenoberflächen der äußeren und der inneren Anordnung 23f und 23e ist hermetisch abgedichtet, dadurch dass die oberen und unteren Enden durch Platten verschlossen sind, wobei eine Gold oder mit einem anderen Material plattierte Schicht oder Lage ferner beschichtet ist mit einem transparenten Polymer wie beispielsweise Fluorkohlenstoffpolymer. Die äußeren und inneren Anordnungen 23f und 23e sind beide aus einem transparenten Fluorkohlenstoffpolymer oder dergleichen hergestellt und die Innenanordnung 23f ist mit Gold oder einem anderen geeigneten Material auf seiner Innenseitenoberfläche plattiert.
Die Laserfaser 21 ist innerhalb des Raums angeordnet, der zwischen den Seitenoberflächen der inneren und äußeren Anordnungen 23f und 23e vorgesehen ist und zwar herumgewickelt um die Seitenoberfläche der Innenanordnung 23f und das Anschlussende ist zur Außenseite hin herausgezogen. An einem Ende der Laserfaser 21 ist ein Reflexionsspiegel 22 angebracht, wobei das andere Ende eine abgeschnittene Oberfläche verbleibt.
Oberhalb des Raums zwischen den Seitenoberflächen der inneren und äußeren Anordnung 23f, 23e ist ein Einführanschluss 23b vorgesehen und ein Abgabeanschluss 23a und zwar zum Zirkulieren des Indexanpassungsöls innerhalb des Raums.
Innerhalb des Raums sind eine Vielzahl von Trennfasern 23c und 23d vorgesehen. Jede Trennfaser 23c, 23d ist außerhalb der Laserfaser 21 angeordnet und zwar herumgewickelt um die Seitenoberfläche der Innenanordnung 23f und die Ausrichtung erfolgt senkrecht zu der Bodenoberfläche des Metallgehäuses 23. Jede Trennfaser 23c, 23d besitzt einen ähnlichen oder den gleichen Durchmesser wie die Breite des Spaltes zwischen den Seitenoberflächen der inneren und äußeren Anordnung 23f und 23e und bildet daher durch die mit gleichem Abstand erfolgende Anordnung zwischen den inneren und äußeren Anordnungen 23f, 23e Indexanpassungölströmungsdurchlässe.
Eine Trennfaser 23c aus einer Vielzahl von Trennfasern 23c, 23d angeordnet zwischen dem Einführungsanschluss 23b und dem Abgabeanschluss 23a besitzt die gleiche Länge wie die Höhe der inneren und äußeren Anordnungen 23f und 23e, wodurch der Raum in eine Region oder Zone unterteilt wird, wo der Einführungsanschluss 23b angeschlossen ist und in eine Region oder Zone wo der Abgabeanschluss 23a angeschlossen ist.
Die Länge der anderen Trennfaser 23d ist kürzer als die Trennfaser 23c, um einen Spalt vorzusehen für den Hindurchlauf des Indexanpassungsöls. Diese Trennfasern 23d sind derart angeordnet, um abwechselnd an einem Ende der oberen oder unteren Oberfläche des Raums anzustoßen zwischen den Innen- und Außenanordnungen 23f und 23e. Wenn somit eine Trennfaser 23c zum Anstoßen an einem Ende mit dem oberen Ende des Raums angeordnet ist, dann ist die nächste Trennfaser 23d zum Anstoßen ihres einen Endes mit dem unteren des Raums angeordnet und die nächste Trennfaser 23d ist umgekehrt angeordnet. Durch eine derartige Anordnung fließt das Indexanpassungsöl entlang der Seitenoberflächen der inneren und äußeren Anordnungen 23f und 23e und zwar meanderförmig auf und ab.
Die Trennfasern 23c, 23d sind hier aus dem gleichen Material wie die Beschichtung der Laserfaser 21 hergestellt, um so im wesentlichen den gleichen Brechungsindex zu besitzen wie das Indexanpassungöl, um so die Fortpflanzung des Pumplichts nicht zu stören oder mit diesem in Interferenz zu geraten.
Pumplicht wird von oberhalb des Raums zwischen den inneren und äußeren Anordnungen 23f und 23e eingestrahlt und das eingestrahlte Pumplicht erregt die Laserfaser 21 während wiederholte Reflexionen innerhalb des Raums, und der erzeugte Laserstrahl wird am entgegengesetzten Ende zum Reflexionsspiegel 22 abgegeben.
Als nächstes wird ein erstes Beispiels des dritten Ausführungsbeispiels beschrieben. Im dritten Ausführungsbeispiel ist eine auf Siliziumdioxid basierende Glasfaser vorgesehen mit 50 μm Kerndurchmesser, einem 125 μm Beschichtungsdurchmesser, und einer numerischen Apertur von 0,2, wobei Nd³⁺-Ionen von 0,2 At% innerhalb des Kerns dotiert sind, wobei diese Faser in einer einzigen Lage oder Schicht um eine Seitenoberfläche eines Zylinders herumgewickelt ist, der einen Außendurchmesser von 100 mm ⌀ besitzt. Der Zylinder ist aus einem transparenten Fluorkohlenstoffpolymer hergestellt und mit Gold auf seiner Innenoberfläche plattiert. Eine kernlose eine einzige Schicht aufweisende Siliziumdioxidfaser mit einem Durchmesser von 100 μm ist als ein Separator außerhalb der wie in 4 gezeigt gewickelten Laserfaser angeordnet. Diese Faser sieht einen glatten Fluss des Indexanpassungsöls vor. Dieser Separator ist aus dem gleichen Material wie die Beschichtung der La serfaser hergestellt, und ist auf diese Weise optisch mit dem Indexanpassungsöl assimiliert, wenn die Faser hineingetaucht wird, um so keine Interferenz oder Störung der Fortpflanzung des Pumplichts hervorzurufen.
Außerhalb der so zusammengebauten Anordnung ist ein Glied angeordnet, welches aus transparentem Fluorkohlenstoff hergestellt ist und zwar mit einem Innendurchmesser von 100,30 mm und einer Dicke von 0,5 mm Das Glied wird von einer Goldform umgeben und zwar bestehend aus aufgespalteten Formen oder Formteilen mit einer inneren goldplattierten Spiegeloberfläche. Der Einführanschluss und der Ausgabeanschluss sind oberhalb des Zylinders vorgesehen und das Indexanpassungsöl besitzt einen Brechungsindex von 1,458 und strömt darinnen mit einer Strömungsrate von 0,1 l/min.
Pumplicht wird durch die Laserdioden mit einer Schwingungswellenlänge von 0,8 μm erzeugt und zwar angeordnet um die Zylinder herum und die Eingabe erfolgt mit einer Leistung von 2,5 kW insgesamt. Ein Ende der Laserfaser ist gegen einen Reflexionsspiegel mit einer Reflektivität von 99,9% gepresst und das andere Ende der Laserfaser bleibt eine abgeschnittene Oberfläche. Infolgedessen wird eine Laserschwingung von 1,1 kW mit einer Wellenlänge des 1,06 μm Bands beobachtet.
Als nächstes wird ein zweites Beispiel des dritten Ausführungsbeispiels beschrieben. In dem dritten Ausführungsbeispiel ist eine Ga-Na-S-Glasfaser mit einem 50 μm Kerndurchmesser, einem 125 μm Beschichtungsdurchmesser und einer numerischen Apertur von 0,2, wobei Dy³⁺-Ionen von 0,4 At% innerhalb des Kerns dotiert sind, in einer einzigen Schicht oder Lage um eine Seitenoberfläche des gleichen Zylinders herumgewickelt, wie diese im ersten Ausführungsbeispiel verwendet wurde. Eine kernlose. eine einzige Schicht aufweisende Ga-Na-S-Glasfaser mit einem Durchmesser von 100 μm ist als ein Separator außerhalb der wie in 4 gezeigt gewickelten Laserfaser angeordnet.
Außerhalb der so kombinierten Anordnung ist ein Glied aus einem transparenten Fluorkohlenstoffpolymer mit einem Innendurchmesser von 100,30 mm und einer Dicke von 0,5 mm angeordnet. Das Glied ist von einer Metallform umgeben, die aus aufgeteilten Formen oder Formteilen besteht, mit einer inneren goldplattierten Spiegeloberfläche. Der Einführungsanschluss und der Abgabeanschluss sind oberhalb des Zylinders vorgesehen und das Indexanpassungsströmungsmittel besitzt einen Brechungsindex von 2,14 und wird dahinein mit einer Strömungsrate von 0,1 l/min eingeführt.
Pumplicht wird durch eine Laserdiode erzeugt, die eine Schwingungs- oder Oszillationswellenlänge von 0,8 μm besitzt und die um die Zylinder herum angeordnet ist und mit einer Leistung von 2,5 kW insgesamt gespeist wird. Ein Ende der Laserfaser ist gegen einen Reflexionsspiegel mit einer Reflektivität von 99,9% bei einer Wellenlänge von 3,3 μm gepresst, während das andere Ende der Laserfaser als eine abgeschnittene Oberfläche verbleibt. Infolgedessen wird eine Laserschwingung von 150 W und eine Wellenlänge von 3,3 μm Band beobachtet.
Als nächstes wird ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf 5 beschrieben. 5 zeigt eine Konstruktion einer Laservorrichtung 30 des vierten Ausführungsbeispiels.
Die Laservorrichtung 30 dieses Ausführungsbeispiels weist folgendes auf: eine einzige Laserfaser 31, einen Einlassanschluss 32 zum Einführen eines Indexanpassungsöls, Linsenleiter oder -kanäle 33a, 33b zum Einführen von Pumplicht in die Laserfaser 31, einen Abgabe- oder Auslassanschluss 34 zur Abgabe des Indexanpassungsöls, einen Reflexionsspiegel 35, Metalldrähte 37a, 37b aus Gold oder einer anderen geeigneten Substanz und behandelt mit einem transparenten Polymer, wie beispielsweise Fluorkohlenstoffpolymer, und eine Metallbasis 36 plattiert mit Gold oder einem anderen geeigneten Material und sodann oberflächenbehandelt mit einem transparenten Polymer, wie beispielsweise Fluorkohlenstoffpolymer.
Die Laserfaser 31 ist zweidimensional innerhalb der Metallbasis 36 angeordnet und zwar durch Falten an einer Vielzahl von Stellen und an beiden Kanten der zweidimensional angeordneten Laserfaser 31 innerhalb der Metallbasis 36 sind die Metalldrähte 37a, 37b parallel mit der Laserfaser 31 angeordnet.
Auf der Laserfaser 31 angeordnet in der Metallbasis 36 sind zwei Linsenkanäle 33a, 33b angeordnet und das Pumplicht wird in die Laserfaser 31 über die Linsenkanäle 33a, 33b eingeführt. Diese Elemente, d.h. die Laserfaser 31, die Metalldrähte 37a, 37b, die Linsenkanäle 33a, 33b sind in der Metallbasis 36 untergebracht, die mit einer Abschlussplatte verschlossen ist, welche eine Oberfläche besitzt, die mit Gold oder einem anderen geeigneten Material plattiert ist, welches weiterhin durch ein transparentes Polymer, wie beispielsweise Fluorkohlenstoffpolymer, behandelt ist. Hier sind Reihen von Laserfaser 31 innerhalb der Metallbasis 36 angeordnet und zwar umgeben durch die Metalldrähte 37a, 37b, die Metallbasis 36 und die Verschlussplatte derart, dass die Reihen der Laserfaser 31 hermetisch abgedichtet sind mit der Ausgabe des Einführungsanschlusses 32 und des Auslassanschlusses 34.
Indexanpassungsöl wird vom Einführanschluss 32 eingeführt und das eingeführte Indexanpassungsöl fließt während der Auffüllung um die in der Metallbasis 36 untergebrachte Laserfaser 31 herum und wird schließlich durch den Indexanpassungsölabgabeteil 34 abgegeben.
Pumplicht wird in die Linsenkanäle 33a, 33b eingeführt und wird ferner in die Laserfaser 31 innerhalb der Metallbasis 36 eingeführt. Die Laserfaser 31, die das Pumplicht empfangen hat, erzeugt einen Laserstrahl und der erzeugte Laserstrahl wird zu beiden Enden der Laserfaser 31 geschickt oder gesendet. Der Laserstrahl, der das Ende der Laserfaser 31 erreicht hat, das nicht mit dem Reflexionsspiegel 35 versehen ist, wird dahindurch ausgegeben und der Laserstrahl, der das Ende erreicht hat, das mit dem Reflexionsspiegel 35 versehen ist, wird von diesem reflektiert, um das andere Ende der Laserfaser 31 zum Zwecke der Ausgabe zu erreichen.
Als nächstes wird ein erstes Beispiel des vierten Ausführungsbeispiels beschrieben. Im vierten Ausführungsbeispiel wird eine einzige auf Siliziumdioxid basierendem Glas bestehende Faser mit einem 50 μm Kerndurchmesser, einem 125 μm Beschichtungsdurchmesser und einer numerischen Apertur von 0,2, in dem Nd³⁺-Ionen von 0,4 At% innerhalb des Kerns dotiert sind, zweidimensional dicht angeordnet und zwar während wiederholter Faltungen, um so in einem Gebiet von 500 mm × 25 mm ausgerichtet zu sein. Dies Basis ist eine Platte aus einer Spiegelgoldoberfläche ferner gleichförmig beschichtet mit einer 0,01 μm dicken transparenten Fluorkohlenstoffpolymerschicht und ferner an beiden Enden der Reihen der Laserfaser zweidimensional gegenüberliegend auf der Basis sind Golddrähte angeordnet mit einem Durchmesser von 200 μm und beschichtet mit einer dünnen transparenten Fluorkohlenstoffpolymerschicht parallel mit der Laserfaser.
Oberhalb der Laserfaser angeordnet auf der Basis ist eine Abdeckmetallplatte vorgesehen und zwar eine Spiegeloberfläche mit Goldplattierschicht und Fenster aufweisend zum Einführen von Pumplicht in den Linsenkanal, wobei ferner eine Beschichtung mit 0,01 mm Dicke transparenter Fluorkohlenstoffpolymerbeschichtung vorgesehen ist.
Hier sind reine Golddrähte an beiden Kanten der Laserfaser vorgesehen, wobei die Gasdichtigkeit dieser Kanten verbessert wird, wodurch es ermöglicht wird, dass eine Hochdruckströmung des Indexanpassungsöls stattfinden kann.
Indexanpassungsöl mit einem Brechungsindex von 1,458 strömt von dem Einlassanschluss mit einer Strömungsrate oder -geschwindigkeit von 0,1 l/min und Pumplicht erzeugt durch die Laserdioden besitzt eine Schwingungswellenlänge von 0,8 μm mit 2,8 kW Power insgesamt und wird in die Laserfaser durch die angeordneten Linsenkanäle eingeführt. Ein Ende der Laserfaser wird gegen einen Reflexionsspiegel mit einem Reflektionsvermögen von 99,9% gepresst und das andere Ende der Laserfaser bleibt eine abgeschnittene Oberfläche. Eine Laserschwingung mit 1,2 kW Leistung und einer Wellenlänge mit 1,06 μm Band wird als Ergebnis beobachtet.
Als nächstes wird ein zweites Beispiel des vierten Ausführungsbeispiels beschrieben. Im vierten Ausführungsbeispiel wird eine einzige AIF₃-Fluoridglasfaser mit einem 50 μm Kerndurchmesser, einem 125 μm Beschichtungsdurchmesser und einer numerischen Apertur von 0,2, wobei Nd3+-Ionen von 1,0 At% und Ce³⁺-Ionen von 0,01 At% innerhalb des Kerns dotiert sind dicht angeordnet und zwar unter wiederholtem Falten in einem zweidimensionalen Gebiet von 200 × 25 mm. Die Basis ist eine Platte, die eine Spiegelgoldobertläche aufweist und zwar ferner gleichförmig beschichtet durch eine 0,01 μm dicke transparente Fluorkohlenstoffpolymerschicht und an beiden Kanten der Laserfaser, die zweidimensional auf der Basis vorgesehen ist, sind Golddrähte angeordnet mit einem Durchmesser von 200 μm und beschichtet mit einer dünnen transparenten Fluorkohlenstoffpolymerschicht und zwar parallel mit der Laserfaser.
Oberhalb der Laserfaser angeordnet auf der Basis ist eine abdeckende Metallplatte vorgesehen, welche eine Spiegeloberfläche mit einer Goldplattierschicht aufweist und ferner Fenster zum Einführen von Pumplicht in den Linsenkanal, wobei ferner eine Beschichtung von 0,01 mm Dicke aus einem transparenten Fluorkohlenstoffpolymerfilm oder -polymerschicht vorgesehen ist.
Eine Maske ist über und oberhalb der Laserfaser platziert und zwar ausgerichtet, wobei diese den Laserstrahl mit einer Wellenlänge von 1,05 μm reflektiert und sodann wird ein Excimer-Laser mit einer Wellenlänge von 256 nm bestrahlt, um ein "chirped grating" in dem Kern der Laserfaser zu bilden und zwar durch eine induzierte oder eingeführte Änderung des Brechungsindex. Das gechirpte Gitter entspricht einer Multi-Mode der Verteilung und reduziert eine Transmittanz oder Sendung bei einer Wellenlänge benachbart zu 1,05 μm. Infolgedessen wird eine verstärkte spontane Emission bei einer Wellen länge von 1,05 μm verhindert, was eine Laserschwingung mit einer Wellenlänge von 1,33 μm gestattet.
Indexanpassungsöl mit einem Brechungsindex von 1,432 wird in den Einführungsanschluss eingegeben und zwar mit einer Strömungsrate von 0,1 l/min, und Pumplicht erzeugt durch eine Laserdiode mit einer Schwingungswellenlänge von 0,8 μm wird eingeführt und zwar bei 2,8 kW Leistung insgesamt durch die angeordneten Linsenkanäle in der Laserfaser. Ein Ende der Laserfaser wird gegen einen Reflexionsspiegel mit einer Reflektanz von 99,9% gepresst und das andere Ende der Laserfaser bleibt eine abgeschnittene Oberfläche. Infolgedessen wird eine Laserschwingung von 0,5 kW Leistung mit einer Wellenlänge von 1,33 μm Band beobachtet.
Im folgenden wird ein fünftes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf 6 beschrieben. 6 zeigt den Aufbau einer Laservorrichtung 40 des fünften Ausführungsbeispiels.
Die Laservorrichtung 40 des Ausführungsbeispiels weist folgendes auf: eine Metallbasis 43 mit einer Innenoberfläche plattiert mit Gold oder einem anderen geeigneten Material, wobei ferner eine Oberflächenbehandlung vorgesehen ist mit einem transparenten Polymer, wie beispielsweise Fluorkohlenstoffpolymer. Die Laservorrichtung 40 weist ferner folgendes auf: eine einzige Laserfaser 41, Metalldrähte 48a, 48b aus Gold oder einem anderen geeigneten Material, einen Reflexionsspiegel 42, eine Trennwand 46, Linsenkanäle 44a, 44b, und einen Einführungsanschluss 45 und einen Abgabeanschluss 47.
Die Metalldrähte 48a, 48b sind kreisförmig innerhalb der Metallbasis 43 angeordnet. Die Kreise sind konzentrisch und der Metalldraht 48a hat einen größeren Durchmesser als der Metalldraht 48b.
Die Laserfaser 41 hat ein Ende innerhalb des Kreises angeordnet, der durch den Metalldraht 48b gebildet ist, und ist dicht oder eng um den Metalldraht 48b herumgewickelt und ist sodann um die gewickelte Laserfaser 41 herumgewickelt, was derart wiederholt wird, dass eine ringförmige planare Laserfaser 41 gebildet wird. Die äußerste Windung der gewickelten ringförmigen planaren Laserfaser 41 ist dicht, eng an der Innenoberfläche des Kreises, der durch den Metalldraht 48a gebildet wird und die äußere Endoberfläche der Laserfaser 41 ist außerhalb der Metallbasis 43 angeordnet. Das andere Ende der Laserfaser 41 angeordnet innerhalb des Durchmessers des Metalldrahtes 48b ist mit einem Reflexionsspiegel 42 versehen.
Eine ringförmige planare Zone oder Region gebildet durch die kreisförmigen Metalldrähte 48a, 48b sind getrennt und zwar durch eine Trennwand 46, welche die zwei kreisförmigen Drähte 48a und 48b kurzschließt und ein Einführanschluss 45 ist mit einer Region oder Zone benachbart zur Wand 46 verbunden und ein Auslassanschluss 47 ist mit der anderen Region oder Zone benachbart zur Wand 46 verbunden. Ein Linsenkanal 44a oder 44b für jede getrennte Region oder Zone ist auf der Laserfaser 41 benachbart zur Wand 46 vorgesehen. Die ringförmige planare oder ebene Region oder Zone umgeben durch die zwei Kreise aus Metalldrähten 48a, 48b ist durch eine Verschlussplatte verschlossen, die eine Innenoberfläche aufweist und zwar plattiert mit Gold oder einem anderen geeigneten Material und die ferner oberflächenbehandelt ist durch ein transparentes Polymer, wie beispielsweise Fluorkohlenstoffpolymer.
Indexanpassungsöl wird von dem Einführungsanschluss 45 eingeführt und fließt während des Füllens der ringförmigen ebenen Region umgeben durch die zwei kreisförmigen Metalldrähte 48a, 48b hindurch zum Abgabeanschluss 47.
Pumplicht wird in die Linsenkanäle 44a, 44b eingeführt und die Linsenkanäle 44a, 44b führen ferner den Laserstrahl in die Laserfaser 41 ein. Die Laserfaser 41, die das Pumplicht empfangen hat, erzeugt einen Laserstrahl und der erzeugte Laserstrahl wird zu beiden Enden der Laserfaser 41 gesendet. Der Laserstrahl, der das nicht mit dem Reflexionsspiegel 42 versehene Ende er reicht wird dahindurch ausgegeben, und der Laserstrahl, der das Ende erreicht hat, das mit dem Reflexionsspiegel 42 versehen ist, wird von diesem reflektiert, um das andere Ende der Laserfaser 41 zum Zwecke der Ausgabe zu erreichen.
Als nächstes wird das fünfte Ausführungsbeispiel beschrieben. Im fünften Ausführungsbeispiel ist eine einzige auf Siliziumdioxidbasis hergestellte Glasfaser dargestellt, die einen 50 μm Kerndurchmesser besitzt, ferner einen 125 μm Beschichtungsdurchmesser und eine numerische Apertur von 0,2, wobei Nd³⁺-Ionen von 0,4 At% in den Kern dotiert sind; diese Faser ist dicht in einer ebenen planaren Konfiguration angeordnet und zwar mit einem Durchmesser von 200 mm⌀ in einer einzigen Schicht. Die Basis ist eine Platte mit einer Spiegelgoldoberfläche und zwar ferner gleichförmig beschichtet durch eine 0,01 μm dicke Fluorkohlenstoffpolymerschicht. Golddrähte von 200 μm⌀ beschichtet mit einer dünnen Fluorkohlenstoffpolymerschicht sind innerhalb der innersten Wicklung und außerhalb der äußersten Wicklung der ringförmigen planaren Laserfaser jeweils angeordnet. Die Endoberflächen des inneren Golddrahts und der Laserfaser sind in einem perfekten dichten Kontakt durch gegenseitiges Pressen ihrer entsprechenden rechtwinkligen Oberflächen, wodurch ein Spiegel gebildet wird mit einem Reflektionsvermögen von 98%.
Oberhalb der Laserfaser weisen Linsenkanäle und eine Abdeckplatte Fenster auf für die Einführung des Pumplichts und zum Einführen und Abgeben des Indexanpassungsöls. Die Abdeckplatte ist aus einer Metallplatte hergestellt mit einer Spiegeloberfläche und zwar mit Goldplattierung und ferner mit einer Beschichtung durch einen 0,01 mm dicken Fluorkohlenstoffpolymerfilm oder eine Polymerschicht. Das Indexanpassungsöl mit einem Brechungsindex von 1,458 wird von dem Einführungsanschluss her eingeführt und fließt mit einer Strömungsrate von 0,1 l/min hinein und Pumplicht mit insgesamt 400 W Leistung erzeugt durch die Laserdiode mit einer Schwingungswellenlänge von 0,8 μm wird durch die angeordneten Linsenkanäle in die Laserfaser eingeführt. Die Ausgangsendoberfläche bleibt eine abgeschnittene Oberfläche. Eine La serschwingung mit 70 W Leistung und einer Wellenlänge von 1,06 μm Band wird als Ergebnis beobachtet.
Als nächstes wird ein sechstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 7 und 8 beschrieben. 7 zeigt eine Konstruktion einer Laservorrichtung 101 des sechsten Ausführungsbeispiels.
Die Laservorrichtung 101 weist folgendes auf: eine einzige Laserfaser 110 einschließlich eines Lasermediums; einen Bündelteil 120 zum Bündeln der Laserfaser 110; und eine Pumplichteinführungsfaser 130 zum Einführen von Pumplicht in die Laserfaser 110.
Die Laserfaser 110 ist an einer Vielzahl von Stellen gefaltet und der Mittelteil davon ist untergebracht in und gebündelt durch den Bündelteil 120. Die gefalteten Teile 110a und 110b der Laserfaser 110 sind nicht in dem Bündelteil 120 enthalten und sind außerhalb des Bündelteils 120 angeordnet. Die gefalteten Teile oder Faltteile 110a und 110b der Laserfaser 110 angeordnet außerhalb des Bündelteils 120 sind durch eine transparente Beschichtung abgedeckt, die später beschrieben wird. Diese transparente Beschichtung wirkt als eine zweite Beschichtung.
8 zeigt eine Querschnittsansicht des Bündelteils 120 und zwar längs Linie A-A der 7. Das Bündelteil 120 weist folgendes auf: eine Laserfaser aufweisend eine Beschichtung 112 und einen dotierten Kern 111 dotiert mit einem Lasermedium; ein Indexanpassungsöl 123 mit im wesentlichen dem gleichen Brechungsindex, d. h. einem anpassenden Brechungsindex wie die Beschichtung 112; eine transparente Beschichtung 112 hergestellt aus einem Fluorkohlenstoffpolymer oder dergleichen; und ein eine Spiegeloberfläche aufweisendes metallisches Positionierungselemente 121 plattiert mit Gold oder einem anderen geeigneten Material.
Die Laserfaser 110 besitzt einen koaxialen Aufbau und weist einen zentralen dotierten Kern 111 und eine periphere oder Umfangsbeschichtung 112 auf und ferner ist der Raum zwischen der gefalteten Laserfaser 110 mit dem Indexanpassungsöl 123 gefüllt.
Das Bündel der Laserfaser 110 und das Indexanpassungsöl sind in der transparenten Beschichtung 122 umschlossen, und das äußere davon ist ferner durch das eine Spiegeloberfläche aufweisende Metallelement 121 abgedeckt.
Als nächstes sei auf die 9 hingewiesen, die eine Einzelheit des Schnitts B der 7 zeigt. Im Schnitt B sind die Spitzen der Pumplichteinführfaser 130 derart angeordnet, dass durch Bestrahlung des Pumplichts von der Spitze der Pumplichteinführfaser 130 das Pumplicht in die Laserfaser 110 eingeführt wird. Als die Pumplichteinführfaser 130, die einen relativ großen Durchmesser besitzt, mit einer im Handel verfügbaren bandartigen Faser verwendet mit einer guten Affinität zur Verwendung bei einer Hochleistungslaserdiode.
9 zeigt θp, einen kritischen Winkel für die Totalreflexion für die Pumplichteinführungsfaser 130 und das Pumplicht eingestrahlt von der Pumplichteinführfaser 130 wird in die Laserfaser 110 als Licht mit einem divergierenden Winkel von 2 × (90-θp) eingeführt.
Ein kritischer Winkel θb ist für die Totalreflexion in dem Indexanpassungsöl 123 und der transparenten Beschichtung 122 dargestellt und das Pumplicht, welches die transparente Beschichtung erreicht hat, wird total reflektiert und zwar durch die transparente Beschichtung 122 und ist beschränkt auf innerhalb der Grenzen definiert durch die transparente Beschichtung 122.
Im Schnitt bzw. Abschnitt B, der einen Einführteil für Pumplicht ist, sind Laserfaser 110 und transparente Beschichtung 122 divergierend oder divergent, und im Falle der 9 haben die Laserfaser 110 und die transparente Beschichtung 122 eine Divergenz mit einem nach außen gerichteten Winkel von θt relativ zur Mittelachse des Bündelteils 120.
Hier ist es erwünscht, dass das gesamte Pumplicht eingeführt von der Pumplichteinführfaser 130 in die Laserfaser 110 in den Bündelteil 120 geführt werden sollte und zwar durch Totalreflexion der transparenten Beschichtung 122. Um dies zu erreichen, ist es notwendig, dass der Winkel zwischen dem eingestrahlten Pumplicht von der Pumplichteinführfaser 130 und der transparenten Beschichtung 122 nicht größer als der kritische Winkel θb der Totalreflexion sein sollte.
Der Winkel zwischen dem eingestrahlten Pumplicht von der Pumplichteinführfaser 130 und der transparenten Beschichtung 122 wird dann maximal, wenn Pumplicht von der Pumplichteinführfaser 130 eingeführt die transparente Beschichtung 122 erreicht, die eine Außenwinkeldivergenz von θt relativ zur Mittelachse des Bündelteils 120 besitzt, wie oben beschrieben. Der Winkel zwischen dem eingestrahlten Pumplicht von der Pumplichteinführfaser 130 und der transparenten Beschichtung 122 zu dieser Zeit wird ausgedrückt als (θp + θt). Daher ist die Divergenz von Laserfaser 110 und transparenter Beschichtung 122 in dem Schnitt oder Abschnitt B derart eingestellt, dass der Divergenzwinkel θt der Formel (θp + θt) < θb genügt.
Diese Idee kann anwendbar sein auf ein Anschlussende des Bündelteils 120 entlang der Richtung der Pumplichtfortpflanzung, wobei das in dem Bündelteil 120 nicht absorbierte Pumplicht wiedergewonnen werden kann mit einer Effizienz von nicht weniger als 60%. Es ist vorzuziehen, eine zweite Beschichtung für den Laserfaserteil 110b außerhalb des Bündelteil 120 vorzusehen.
Als nächstes wird die Funktion des Faserlasers 101 dieses Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die 7 und 8 beschrieben. Das von der Pumplichteinführungsfaser 130 durch Abschnitt B des Bündelteils 120 eingeführte Pumplicht pflanzt sich entlang der gefalteten Laserfaser 110 innerhalb des Bündelteils 120 fort und schreitet durch den Bündelteil 120, während die Totalreflexion an der transparenten Beschichtung 122 wiederholt wird. Total reflektiertes Pumplicht an dem transparenten Überzug 122 kreuzt wiederum die gebündelte Lasertaser 110, auf welche Weise das eingeführte Pumplicht wiederholt total reflektiert wird, während die gebündelte Laserfaser 110 durchkreuzt wird.
Das Pumplicht wird in das Bündel des dotierten Kerns 111 der Laserfaser 110 immer dann eingeführt, wenn es die gebündelte Laserfaser 110 kreuzt. Wenn das eingeführte Pumplicht die gebündelte Laserfaser 110 eine Vielzahl von Malen kreuzt, während das Licht durch die transparente Beschichtung 122 total reflektiert wird, so wird das eingeführte Pumplicht auch den gebündelten dotierten Kern 111 ein Vielzahl von Malen kreuzen.
Da die Beschichtung 112 und das Indexanpassungsöl 123 im wesentlichen den gleichen Brechungsindex besitzen, ist diese Konstruktion optisch äquivalent mit der, in der nur eine Vielzahl von dotierten Kernen 111 innerhalb der transparenten Beschichtung 122 existiert, somit wird das Pumplicht in den dotierten Kern 111 absorbiert, während es durch die transparente Beschichtung 122 reflektiert wird.
Wenn der dotierte Kern 111 durch das eingeführte Pumplicht stimuliert einen Laserstrahl oder Laserstrahlung erzeugt und der erzeugte Laserstrahl zu beiden Enden 110c und 110d der Laserfaser 110 gesendet wird, so wird er auch ausgegeben.
Somit wird in diesem Ausführungsbeispiel eine kontinuierliche einzelne Laserfaser 110 eine Vielzahl von Malen gefaltet und der Raum zwischen der gefalteten Faser ist angefüllt mit dem Indexanpassungsöl 123, wobei das Bündel aus Lasertaser 110 und Indexanpassungsöl 123 umschlossen sind durch die transparente Beschichtung 122 und des eine Spiegeloberfläche besitzenden Metallpositionierungselements 121, in den das Pumplicht eingeführt wird. Daher wird das eingeführte Pumplicht individuell in dem dotierten Kern 111 des Bündels der Laserfasern 110 absorbiert, während eine wiederholte Reflexion durch die transparente Beschichtung 122 und das Spiegeloberflächen-Metallpositionierelement 121 derart erfolgt, dass die Absorptionsrate für das Pumplicht stark vergrößert und die Schwingungseffizienz der Lasertaser 101 beträchtlich verbessert wird.
In dem obigen Ausführungsbeispiel wird eine einzige oder einzelne Pumplichteinführungsfaser 130 verwendet und das Pumplicht wird nur von einem Ende des Bündelteils 120 hier eingeführt. Es ist jedoch möglich, eine weitere Pumplichteinführfaser vorzusehen, um dadurch Pumplicht von beiden Enden des Bündelteils 120 einzuführen.
Auch sind in dem obigen Ausführungsbeispiel Spalte vorgesehen zwischen den optischen Fasern 110, die mit dem Indexanpassungsöl 123 angefüllt sind. Die Spalte können jedoch auch mit festem Material, wie beispielsweise einem thermoplastischen Harz, angefüllt sein, einem durch Wärme aushärtenden Harz oder durch ein anorganisches Glas, wobei diese Materialien transparent sind und im wesentlichen den gleichen Brechungsindex bei einer Wellenlänge des Pumplichts besitzen.
Als nächstes wird ein erstes Beispiel des sechsten Ausführungsbeispiels beschrieben. Im sechsten Ausführungsbeispiel ist eine auf Siliziumdioxid basierende Glasfaser vorgesehen und zwar mit einem 50 μm Kerndurchmesser, einem 125 μm Beschichtungsdurchmesser und einer numerischen Apertur von 0,2, wobei Nd³⁺-Ionen von 0,2 At% in den Kern dotiert sind. Die Faser besitzt eine Gesamtlänge von 18 m und ist 22 mal derart gefaltet, dass die Bündelteillänge 600 mm ist. Durch Falten der Faser auf diese Art und Weise läuft das Licht 1500 mm beim Übertragen von einer ersten Endfaltung zur zweiten Endfaltung und dann zurückkehrend zu der ersten Endfaltung.
Faserteile außerhalb des Bündelteils sind mit einem transparenten Fluorkohlenstoffpolymer beschichtet und zwar mit einem Brechungsindex von 1,34, der Raum zwischen gefalteten Fasern innerhalb des Bündelteils ist mit dem INdexanpassungsöl angefüllt, welches ein Brechungsindex von 1,458 besitzt und in einem Wellenlängenbereich von 0,5 bis 0,85 μm transparent ist, wobei ferner der Raum dadurch geschlossen ist, dass er abgedeckt ist mit und ab gedichtet ist durch ein wärmeschrumpfbares Rohr oder einen wärmeschrumpfbaren Schlauch mit einem Brechungsindex von 1,34.
Sodann besitzt eine Pumplichteinführfaser einen rechteckigen Querschnitt von 1,0 × 0,3 mm und eine numerische Apertur von ungefähr 0,2, wobei diese Faser in eine Endoberfläche des Bündelteils eingesetzt ist. Am Pumplichteinführteil ist der Divergenzwinkel des Bündels, d. h. der Verjüngungswinkel des Bündels, sich ergebend aus dem vergrößerten Durchmesserteil des Bündels auf maximal 10 Grad eingestellt. Durch eine solche Einstellung wird garantiert, dass das gesamte Pumplicht in den Bündelteil eingeführt wird.
Der Bündelteil ist ferner angepasst an eine Metallform mit einem Innendurchmesser von 1 mm und zwar bestehend aus aufgeteilten Abschnittsformen mit einer insgesamt goldplattierten Spiegeloberfläche zur festen Befestigung daran. Das Anschlussende der Laserfaser wird unverarbeitet gelassen, um eine Fresnel-Reflexion von ungefähr 4% vorzusehen. Ein Ende der Pumplichteinführungsfaser ist über eine zylindrische Linse mit einem Halbleiterlaser verbunden und zwar mit einer Schwingungswellenlänge von ungefähr 0,8 μm und einer maximalen Ausgangsleistung von 35 W, wodurch Pumplicht in den Bündelteil eingeführt wird. Eine Laserschwingung wird am Ausgang beobachtet mit 11 W Leistung in einem 1,06 μm Wellenlängenband.
Als nächstes wird ein zweites Beispiel des sechsten Ausführungsbeispiels beschrieben. In dem sechsten Ausführungsbeispiel wird eine Glasfaser verwendet, die aus einem Fluoridglas einschließlich Aluminiumfluorid und Zirkonfluorid als Hauptbestandteile (im folgenden als AZF bezeichnet) besteht und zwar mit einem 100 μm Kerndurchmesser, einem 125 μm Beschichtungsdurchmesser und einer numerischen Apertur von 0,2, wobei Er³⁺-Ionen von 1 Gew.-% dotiert in den Kern Verwendung finden. Die Faser besitzt eine Gesamtlänge von 9 m und ist 22 mal gefaltet, so dass eine Bündelteillänge 200 mm beträgt. Durch Falten der Faser auf diese Art und Weise läuft das Licht 800 mm während der Übertragung von einer ersten Endfaltung zur zweiten Endfaltung und sodann zurückkehrend zur ersten Endfaltung. Der Hintergrundverlust der Laserfaser beträgt 50 db/km bei der Wellenlänge von 2,8 μm.
Faserteile außerhalb des Bündelteils sind mit transparentem Fluorkohlenstoffpolymer beschichtet und besitzen einen Brechungsindex von 1,34 und der Raum zwischen gefalteten Fasern innerhalb des Bündelteils ist mit einem transparenten Ultraviolett-Aushärtharz gefüllt, welches einen Brechungsindex von 1,443 besitzt und in einem Wellenlängenbereich von 0,5 bis 1,4 μm transparent ist ohne Blasen einzuführen und wobei der Raum dadurch abgeschlossen ist, dass man ihn durch einen abschließenden und abdichtenden wärmeschrumpfbaren Schlauch mit einem Brechungsindex von 1,34 abschließt.
Das Bündelteil ist an einer Metallform angepasst oder mit dieser zusammengepasst und letztere weist aufgeteilte Abschnittsformen auf, die eine insge samt goldplattierte Spiegeloberfläche aufweisen und zwar weiterhin beschichtet mit einem transparenten Fluorkohlenstoffpolymer mit einem Brechungsindex von 1,34. Zu dieser Zeit wird eine Pumplichteinführfaser mit einem rechteckigen Querschnitt von 1,0 mm × 0,3 mm und einer numerischen Apertur von ungefähr 0,2 in eine Endoberfläche des Bündelteils eingesetzt. Am Pumplichteinführteil ist der Divergenzwinkel des Bündels, d.h. der Verjüngungswinkel des Bündels, der sich aus dem vergrößerten Durchmesserteil des Bündels ergibt, auf ein Maximum von 10 Grad eingestellt.
Das Abschlussende der Laserfaser ist mit einem reflektierenden Überzug beschichtet und zwar mit einem Reflektionsvermögen von 99% bei einer Wellenlänge von 0,8 μm. Pumplicht mit einer Wellenlänge von 1,53 μm und einer Leistung von 25 dBm emittiert von einem mit Erbium dotierten Faserverstärker (EDFA = erbium doped Fiber amplifier) wird von daher eingegeben. Ein weiteres Ende der Laserfaser ist mit einem antireflektierenden Überzug oder einer Beschichtung versehen. Ein Ende der Pumplichteinführungsfaser ist mit einem Halbleiterlaser gekoppelt mit einer Schwingungswellenlänge von 0,98 μm und einer maximalen Ausgangsleistung von 35 W, wobei dies über eine zylindrische Linse erfolgt und ein weiteres lindrische Linse erfolgt und ein weiteres Ende der Pumplichteinführungsfaser ist in das Bündelteil eingesetzt. Infolgedessen wird eine Laseroszillation oder -schwingung am Ausgang mit 5 W Leistung und einem 2,8 μm Wellenlängenband beobachtet.
Als ein Fluoridglas kann ein Glas verwendet werden, welches Aluminiumfluorid, Zirkonfluorid oder Indiumfluorid als eine Hauptkomponente enthält. AZF wird jedoch am meisten bevorzugt im Hinblick auf die Antilaserbeständigkeit, die Dauerhaftigkeit und einen Brechungsindex infolge der Anpassung mit dem in den Raum gefüllten Harz.
Im folgenden wird ein siebentes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 10 und 11 beschrieben. Dieses Ausführungsbeispiel ist eine Abwandlung des sechsten Ausführungsbeispiels. Der Unterschied dazwischen bezieht sich auf die Formen des Spiegeloberflächen-Metallpositionierungselements 121 und der transparenten Beschichtung 122 des Bündelteils 120.
10 ist ein Querschnitt des Bündelteils 140 des siebenten Ausführungsbeispiels und 11 ist ein Querschnitt längs Linie C-C der 10. In diesen Zeichnungen haben die Laserfaser 110 und das Indexanpassungsöl 123 die gleichen Merkmale wie beim sechsten Ausführungsbeispiel und insofern wird die entsprechende Beschreibung hier weggelassen.
Das Bündelteil 140 dieses Ausführungsbeispiels weist vier Blöcke auf, deren jeder eine plattierte Schicht 142 besitzt und zwar plattiert mit Gold oder einem anderen geeigneten Material und ferner eine transparente Beschichtungslage 141 beschichtet auf die plattierte Lage oder Schicht und ferner zusammengebaut zur Umgebung der Laserfaser 110 und des Indexanpassungsöls 123.
Als nächstes wird ein Beispiel des siebenten Ausführungsbeispiels beschrieben. Im siebenten Ausführungsbeispiel wird eine auf Siliziumdioxid basierende Glasfaser verwendet und zwar mit einem 50 μm Kerndurchmesser, einem 125 μm Beschichtungsdurchmesser und einer numerischen Apertur von 0,2, wobei Nd³+-Ionen von 0,2 Gew.-% in den Kern dotiert werden. Die Faser besitzt eine Gesamtlänge von 18 m und ist 22 mal gefaltet derart, dass die Bündelteillänge 600 mm ist. Durch Falten der Faser auf diese Art und Weise läuft das Licht 1500 mm während es von einer ersten Endfaltung zur zweiten Endfaltung übertragen wird und sodann kehrt es zur ersten Endfaltung zurück.
Faserteile außerhalb des Bündelteils werden mit transparentem Fluorkohlenstoffpolymer beschichtet, welches einen Brechungsindex von 1,34 besitzt und der Raum zwischen den gefalteten Fasern innerhalb des Bündelteils wird mit dem Indexanpassungsöl gefüllt, welches einen Brechungsindex von 1,4458 besitzt und transparent in einem Wellenlängenbereich von 0,5 bis 1,4 μm ist. Sodann wird das Bündelteil in einem goldplattierten Metallpositionierungselement umschlossen und zwar mit einem Basismaterial aus Messing und beschichtet mit einem transparenten Fluorkohlenstoffpolymer in einem rechteckigen Querschnitt und Gasblasen können aus dem Indexanpassungsöl entfernt werden.
Sodann wird eine Pumplichteinführfaser mit einem rechteckigen Querschnitt von 1,0 × 0,3 mm und einer numerischen Apertur von ungefähr 0,2 in eine Endoberfläche des Bündelteils eingesetzt. An dem Pumplichteinführungsteil wird ein Divergenzwinkel, der sich aus der Vergrößerung des Bündeldurchmessers ergibt, auf nicht mehr als 10 Grad eingestellt. Durch eine solche Einstellung wird das gesamte Pumplicht in den Bündeteil eingeführt. Das Anschlussende der Laserfaser bleibt nicht bearbeitet, um eine ungefähr 4 Fresnel-Reflexion zu besitzen. Ein Ende der Pumplichteinführfaser ist über eine zylindrische Linse mit einem Halbleiterlaser verbunden und zwar mit einer Oszillations- oder Schwingungswellenlänge von ungefähr 0,8 μm und einer maximalen Ausgangsleistung von 35 W, wodurch Pumplicht in das Bündelteil eingeführt wird. Eine Laserschwingung wird am Ausgang der Faser beobachtet und zwar mit 11 W Leistung in einem 1,06 μm Wellenlängenband.
Im folgenden wird ein achtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 12 und 13 beschrieben. 12 zeigt eine Konstruktion einer Laservorrichtung 150 des achten Ausführungsbeispiels.
Während die Laservorrichtung 101 des sechsten Ausführungsbeispiels vorsieht, dass das Bündel der Laserfasern 110 in das Indexanpassungsöl in dem Bündelteil 120 eingetaucht wird, ist bei der Laservorrichtung 150 des achten Ausführungsbeispiels vorgesehen, dass das Bündel aus Laserfasern 110 integriert wird und zwar durch Verschmelzen miteinander im Bündelteil 151.
13 ist ein Querschnitt des Bündelteils 151 längs Linie D-D der 12. Das Bündelteil 151 der Laservorrichtung 150 gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist dotierte Kerne 151c, eine Beschichtung 151b, eine transparente Beschichtungslage 151d und eine plattierte Schicht oder Lage 151a auf und zwar plattiert mit Gold oder anderem geeigneten Material.
Der dotierte Kern 151c und die Beschichtung oder der Überzug 151b werden gebildet durch Falten der Laserfaser 151 an einer Vielzahl von Stellen und durch Erhitzen des Bündels aus gefalteten Fasern, um die benachbarten Beschichtungen 151b zu verschmelzen. Die Beschichtung 151b, die auf diese Weise ausgebildet wird, umfasst die dotierten Kerne 151c und wird bedeckt oder abgedeckt durch die transparente Beschichtungslage 151d, und die Oberfläche der transparenten Beschichtungslage 151d ist beschichtet mit einer plattierten Schicht oder Lage 151a. Die transparente Beschichtungslage 151d besitzt einen kleineren Brechungsindex als die Beschichtung 151c in den anderen Ausführungsbeispielen.
Das Merkmal des Pumplichteinführungsteils E des Bündelteils 151 ist ähnlich dem, was für das sechste Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf 9 beschrieben wurde. Auch sind weitere Merkmale von anderen Teilen die gleichen wie beim sechsten Ausführungsbeispiel, so dass insoweit die Beschreibung weggelassen wird. Durch Konstruktion des Bündelteils 151 durch Ver schmelzen der Vielzahl von gefalteten Laserfasern 110 wie beschrieben, kann der gleiche Effekt erreicht werden wie beim sechsten Ausführungsbeispiel.
Als nächstes wird ein erstes Beispiel des achten Ausführungsbeispiels beschrieben. Im achten Ausführungsbeispiel wird eine auf Siliziumdioxid basierende Glasfaser verwendet, die einen 80 μm Kerndurchmesser, einen 125 μm Beschichtungsdurchmesser und eine numerische Apertur von 0,2 verwendet, wobei Nd³⁺-Ionen mit 0,4 At% in den Kern dotiert sind. Die Faser besitzt eine Gesamtlänge von 60 m und ist 146 mal derart gefaltet, dass die Bündelteillänge 200 mm beträgt. Durch Falten der Faser auf diese Art und Weise läuft das Licht 800 mm bei der Übertragung von einer ersten Endfaltung zur zweiten Endfaltung und sodann zurück zur ersten Endfaltung.
Eine Pumplichteinführfaser mit einem rechteckigen Querschnitt von 10,0 × 0,2 mm besitzt ein Ende, welches fein verlängert ist wie eine Faser des Schweineschwanztyps, bei dem der Schweineschwanzteil nicht beschichtet ist, wobei sie eine numerische Apertur von ungefähr 0,2 besitzt und das Einsetzen in eine Endoberfläche des Bündelteils erfolgt. Die gesamte Konstruktion ist mit einer netzartigen Kohlenstofffaser gebündelt und ein oberer Bündelteil ist fest mit dem Schweineschwanzteil der Pumplichteinführungsfaser verbunden, wobei 100 Gramm Gewicht hinzugefügt werden. Sodann wird das Bündelteil in einen Zugofen für die Siliziumdioxidfaser eingesetzt und auf ungefähr 1600°C erhitzt, so dass der Faserbündelteil allmählich gezogen werden kann, um das 1,6-fache der ursprünglichen Länge vorzusehen. Heliumgas wird in den Ziehofen eingeführt. Wenn die Faser partiell und allmählich verschmolzen und gezogen ist, so wird Heliumgas als das Atmosphärengas verwendet, um so die Menge an Blasenbildung zu vermindern, wobei eine Hochqualitätsverschmelzung möglich ist ohne das ein Einführen von irgendeiner beträchtlichen Menge an Fremdstoffen. Nach dem Ziehen wurde der durchschnittliche Kerndurchmesser innerhalb des Bündelteils 50 μm. Die Außendurchmesseränderung ist mäßig genug, um weniger Verluste zu erzeugen, da der Verjüngungswinkel eingestellt ist auf innerhalb 10 Grad um so das Pumplicht vollständig aufzunehmen.
Nach dem Kühlen wird Ultraviolett-Aushärtharz mit einem Brechungsindex von 1,445 auf dem nicht verschmolzenen Teil des Pumplichteinführungsteils aufgebracht und gehärtet. Sodann wird das gesamte Bündelteil mit einem transparenten Fluorkohlenstoffpolymer beschichtet und zwar mit einem Brechungsindex von 1,33 und ferner beschichtet mit einem Gold-Quecksilber-Amalgam und daraufhin erhitzt innerhalb eines Gefäßes mit reduziertem Druck auf 200 °C, um Quecksilber zu entfernen und das Bündelteil mit Gold zu plattieren. Das Anschlussende der Laserfaser wird ohne Verarbeitung gelassen, um ungefähr 4% Fresnel-Reflexion zu besitzen. Ein Ende der Pumplichteinführfaser ist über eine zylindrische Linse mit einem Halbleiterlaser verbunden, der eine Schwingungslänge von ungefähr 0,8 μm besitzt und eine maximale Ausgangsleistung von 200 W, wodurch Pumplicht in das Bündelteil eingeführt wird. Die Laseroszillationsausgangsgröße wird mit einer Ausgangsleistung von 55 W in einem 1,06 μm Wellenlängenband beobachtet.
Als nächstes wird ein zweites Beispiel des achten Ausführungsbeispiels beschrieben. Dieses Beispiel ist im wesentlichen gleich oder ähnlich dem ersten Beispiel aber unterscheidet sich insofern als die Pumplichteinführungsfasern an beiden Enden des Bündelteils verbunden sind. Die Pumplichteinführungsfaser ist derart geformt, dass sie einen mittleren fein langgestreckten Teil aufweist, der durch einen Glasblasprozess gebildet ist, und die Verschmelzung der Laserfaser wird gemäß des Verfahrens der ersten Beispiels vorgenommen.
Wie im sechsten Ausführungsbeispiel wird ein Ultraviolett-Aushärtharz mit einem Brechungsindex von 1,445 auf dem nicht verschmolzenen Teil des Pumplichteinführungsteils aufgebracht und gehärtet. Sodann wird das gesamte Bündelteil mit einer Fluorkohlenstoffpolymerbeschichtung beschichtet, und die Außenoberfläche wird mit Gold beschichtet. Das Anschlussende der Laserfaser wird ohne Verarbeitung gelassen mit ungefähr 4% Fresnel-Reflexion.
Die zwei Anschlussenden der Pumplichteinführungsfaser sind jeweils verbunden über eine zylindrische Linse mit einem Halbleiterfaser mit einer Schwingungswellenlänge von ungefähr 0,8 μm und einer maximalen Ausgangsleistung von 200 W, wodurch Pumplicht in den Bündelteil (Pumpleistung 400 W) eingeführt wird. Die Laserschwingungsausgangsgröße wird mit einer Ausgangsleistung von 120 W und einem Ausgangsstrahldurchmesser von 80 μm in einem 1,06 μm Wellenlängenband beobachtet.
Als nächstes wird das dritte Beispiel des achten Ausführungsbeispiels beschreiben. Im achten Ausführungsbeispiel wird eine auf Siliziumdioxid basierende Glasfaser verwendet und zwar mit einem 80 μm Kerndurchmesser, einem 125 μm Beschichtungsdurchmesser und einer numerischen Apertur von 0,2, wobei Nd³⁺-Ionen von 0,4 At% in den Kern dotiert sind. Die Faser besitzt eine Gesamtlänge von 230 m und ist 452 mal derart gefaltet, dass die Bündelteillänge 250 mm beträgt. Durch Falten der Faser auf diese Weise läuft das Licht 1000 mm während es übertragen wird von einer ersten Endfaltung zu der zweiten Endfaltung und dann rückkehrend zur ersten Endfaltung.
Fünf Pumplichteinführungsfasern mit einem rechteckigen Querschnitt von 10,0 × 0,1 mm und geformt derart, dass ein zentraler fein langgestreckter Teil gebildet wird, werden in eine Endoberfläche des Bündelteils eingesetzt. Die gesamte Konstruktion ist mit Kohlenstofffasern gebündelt und ein oberer Bündelteil ist fest verbunden mit der Pumplichteinführungsfaser zu der 500 Gramm Gewicht hinzugefügt wird. Sodann wird der Bündelteil in einen Ziehofen eingesetzt für die Siliziumdioxidfaser und auf ungefähr 1600°C derart erhitzt, dass der Faserbündelteil allmählich gezogen wird, so dass er das 1,6-fache seiner ursprünglichen Länge erreicht. Heliumgas wird in den Ziehofen als ein atmosphärisches Gas eingeführt. Die Faser wird partiell und graduell geschmolzen und gezogen und die Verwendung des Heliumgases reduziert die Größe oder die Menge der Blasenbildung, so dass eine hoch qualitative Verschmelzung möglich ist und zwar mit wenig eingeführtem Fremdstoff.
Nach dem Kühlen wird Ultraviolett-Aushärtharz mit einem Brechungsindex von 1,445 auf den nicht geschmolzenen Teil des Pumplichteinführungsteils aufgebracht und gehärtet, um eine numerische Apertur von 0,2 zu besitzen. Sodann wird das gesamte Bündelteil mit einem transparenten Fluorkohlenstoffpolymer beschichtet und zwar mit einem Brechungsindex von 1,33 und eine fernere Beschichtung erfolgt mit einem Gold-Quecksilber-Amalgam und sodann erfolgt eine Erhitzung in einem Gefäß mit reduziertem Druck auf 200 °C, um das Quecksilber zu entfernen und so das Bündelteil goldzuplattieren.
Nur ein Anschlussende der Laserfaser wird mit einem Reflektionsüberzug verarbeitet mit einer Reflektionsfähigkeit von 99%. Die Spitzenenden (insgesamt zehn) der Pumplichteinführungsfaser werden über eine zylindrische Linse mit einem Halbleiterlaser verbunden und zwar mit einer Schwingungswellenlänge von ungefähr 0,8 μm und eine maximale Ausgangsleistung von 200 W, wodurch Pumplicht in das Bündelteil eingeführt wird. Die Laserschwingungsausgangsgröße wird dahingehend beobachtet, dass diese 1,2 kW Leistung in einem 1,06 μm Wellenlängenband besitzt.
Als nächstes wird das vierte Beispiel des achten Ausführungsbeispiels beschrieben. Im achten Ausführungsbeispiel wird eine auf Siliziumdioxid basierende Glasfaser verwendet und zwar mit einem 80 μm Kerndurchmesser, einem 125 μm Beschichtungsdurchmesser und einer numerischen Apertur von 0,2, wobei Nd³⁺-Ionen mit 0,4 At% in den Kern dotiert sind. Die Faser besitzt eine Gesamtlänge, von 230 m und ist 452 mal derart gefaltet, dass die Bündelteillänge 250 mm beträgt. Durch Falten der Faser auf diese Art und Weise läuft das Licht 1000 mm während der Übertragung von einer ersten Endfaltung zu der zweiten Endfaltung und wieder zurück zur ersten Endfaltung.
Fünf Pumplichteinführungsfasern mit einem rechteckigen Querschnitt von 10,0 × 0,1 mm werden verwendet und zwar sind diese geformt derart, dass sie einen mittigen fein langgestreckten Teil aufweisen und sie werden eingesetzt in eine Endoberfläche des Bündelteils. Die gesamte Konstruktion ist mit Kohlenstofffasern gebündelt und ein oberes Bündelteil ist fest mit der Pumplicht einführungsfaser verbunden, zu der 500 Gramm Gewicht hinzuaddiert werden. Sodann wird das Bündelteil in einen Ziehofen für Siliziumdioxidfasern eingesetzt und auf ungefähr 1600°C derart erhitzt, dass das Faserbündelteil graduell oder allmählich auf das 1,6-fache seiner ursprünglichen Länge gezogen wird. In den Ziehofen wird Heliumgas als ein atmosphärisches Gas eingegeben. Wenn die Faser partiell und graduell verschmolzen und gezogen ist, so wird die Heliumgasmenge reduziert, um die Blasenbildung in ihrer Größe zu vermindern und auf diese Weise wird eine hochqualitative Verschmelzung möglich und zwar mit nur wenig Fremdstoff, der eingeführt wird.
Nach dem Kühlen wird ein Ultraviolett-Aushärtharz mit einem Brechungsindex von 1,445 auf den nicht geschmolzenen Teil des Pumplichteinführungsteils aufgebracht und gehärtet, um eine numerische Apertur von 0,2 zu besitzen. Sodann werden die beiden Anschlussenden bei 10 mm von den Kanten, wo die Verschmelzung startet, beschichtet und zwar mit einem transparenten Fluorkohlenstoffpolymer mit einem Brechungsindex von 1,34 entlang einer umfangsmäßig gestrichelten Linie darum herum, um eine Dicke von 0,3 mm zu besitzen und zwar in einem Reinraum der Klasse 10. Der geschmolzene oder verschmolzene Teil wird sandwichartig angeordnet und zwar durch ein Aufteilform-Metallpositionierelement, welches ein Paar von aufgeteilten Formen aufweist mit einem Innendurchmesser von 2,7 mm⌀ und einer eine Spiegelendbearbeitung aufweisenden goldplattierten Oberfläche.
Eine Zugkraft von ungefähr 50 g wird auf den verschmolzenen Teil zu dessen Belastung ausgeübt. Diese Prozesse werden auch in einem Reinraum der Klasse 10 durchgeführt, um jedwedes Anhaften von Staub, Schmutz oder Verunreinigungen an der Oberfläche des verschmolzenen Teils zu verhindern. Diese Anordnung zusammen mit dem Metallpositionierungselement wird in einem Gehäuse umschlossen, in dem ein Kühlmittel in der Form von Heliumgas zirkuliert werden kann. Heliumgas wird durch einen Gas-"Inline"-Filter hindurchgeleitet, welches in der Lage ist, 99,9% der Teilchen nicht größer als 0,3 μm zu entfernen. Durch einen derartigen Aufbau ist die numerische Apertur des geschmolzenen Teils der Laserfaser kleiner als 1 und der kritische Reflektionswinkel innerhalb des Bündelteils ist 47 Grad, was fast das Maximum ist, so dass die Pumplichteinschränkungsleistungsfähigkeit stark verbessert wird. Nur ein Anschlussende der Laserfaser wird mit einem Reflektionsüberzug oder einer Reflektionsbeschichtung verarbeitet und zwar mit einer Reflektanz oder einem Reflektionsvermögen von 99%.
Die Spitzenenden (insgesamt zehn) der Pumplichteinführungsfaser sind über eine zylindrische Linse mit einem Halbleiterlaser mit einer Schwingungswellenlänge von ungefähr 0,8 μm verbunden, wobei der Laser eine maximale Ausgangsleistung von 200 W besitzt, wodurch Pumplicht in das Bündelteil eingeführt wird. Die Laserschwingungsausgangsgröße wird mit 1,3 kW Leistung in einem 1,06 μm Wellenlängenband festgestellt. Die Lasercharakteristika werden nicht in signifikanter Weise beeinflusst, wenn der Raum zwischen dem glasfaserverschmolzenen Körper und dem Metallpositionierelement des Laserkörpers gemäß diesem Ausführungsbeispiel durch eine Vakuumpumpe entgast werden.
Als nächstes wird das fünfte Beispiel des achten Ausführungsbeispiels beschrieben. Im achten Ausführungsbeispiel wird eine Ga-Na-S-Glasfaser verwendet und zwar mit einem 80 μm Kerndurchmesser, einem 125 μm Beschichtungsdurchmesser und einer numerischen Apertur von 0,35, wobei Pr³⁺lonen mit 0,4 At% in den Kern dotiert sind. Die Faser besitzt eine Gesamtlänge von 40 m und ist 90 mal derart gefaltet, dass die Bündelteillänge 200 mm beträgt. Durch Fakten der Faser in dieser Art und Weise läuft Licht 800 mm, während es von einer ersten Endfaltung zur der zweiten Endfaltung und dann zurück zur ersten Endfaltung übertragen wird.
Eine Pumplichteinführungsfaser hergestellt aus dem gleichen Ga-Na-S-Glas wie in der Beschichtung verwendet und mit einem rechteckigen Querschnitt von 10,0 × 0,2 mm – dessen Mittelteil fein langgestreckt ist – und mit einer numerischen Apertur von 0,2 wird eine Endoberfläche des Bündelteils eingesetzt. Die gesamte Konstruktion oder der gesamte Aufbau ist durch ein Blei-Siliziumdioxid-Glasrohr umgeben und zwar mit einem rechteckigen Quer schnitt, einer Dicke von 1 mm und einem Innendurchmesser von 3 × 5 mm. Der obere Teil des gesamten Aufbaus ist fest mit dem Schweineschwanzteil der Pumplichteinführungsfaser verbunden. Sodann wird die gesamte Konstruktion in einem Ziehofen für Chalcogenidfaser eingebaut oder installiert und wird auf ungefähr 550°C derart erhitzt, dass das Faserbündelteil allmählich auf das 1,6-fache der ursprünglichen Länge gezogen wird und zwar zusammen mit dem auf Blei-Siliziumdioxid basierenden Glasrohr. Heliumgas einschließlich 5% Wasserstoffsulfid wird in den Ziehofen eingeführt. Wenn die Faser partiell und graduell verschmolzen und gezogen ist, wird Heliumgas als das atmosphärische Gas verwendet, um so die Größe der Blasenbildung zu verringern, wobei eine hochqualitative Verschmelzung möglich ist ohne die Einführung von irgendeiner beträchtlichen Menge an Fremdstoff. Infolge des im Heliumgas enthaltenen Wasserstoffsulfids wird die Kristallisation der Chalcogenidfaser verhindert.
Nach dem Ziehen ist der durchschnittliche Kerndurchmesser innerhalb des Bündelteils 50 μm. Die Außendurchmesseränderung ist mäßig genug, um weniger Verluste zu erzeugen, da der Verjüngungswinkel auf innerhalb 10 Grad eingestellt ist, um so das Pumplicht vollständig aufzunehmen.
Nach dem Kühlen wird Ultraviolett-Aushärtharz mit einem Brechungsindex von 1,445 auf dem nicht geschmolzenen Teil des Pumplichteinführungsteils aufgebracht und ausgehärtet. Sodann wird das gesamte Bündelteil mit einem Gold-Quecksilber-Amalgam beschicht und innerhalb eines einen verminderten Druck aufweisenden Gefäßes auf 200 °C erhitzt, um das Quecksilber zu entfernen und so das Bündelteil mit Gold zu plattieren. Da das Blei-Siliziumdioxid-Glas einen Brechungsindex von 1,73 besitzt und das Chalcogenid-Glas einen Brechungsindex von 2,14, arbeitet in diesem Fall das Blei-Siliziumdioxid-Glas als das Bündelteil überziehende Beschichtung.
Das Anschlussende der Laserfaser wird ohne Verarbeitung gelassen, um ungefähr 4% Fresnel-Reflexion zu besitzen. Ein Ende der Pumplichteinführungsfaser ist über eine optische Faser mit sechzehn Er-dotierten Faserver stärkern verbunden, die eine Schwingungswellenlänge von ungefähr 1480 nm besitzen und eine maximale Ausgangsleistung 0,25 W.
Pumplicht wird in das Bündelteil von acht Pumplichteinführungsfasern in jeder Seite des Bündelteils von sechzehn Er-dotierten Faserverstärkern eingespeist. Infolgedessen wird eine Laserschwingungsausgangsgröße beobachtet, die eine Ausgangsleistung von 1 W in einem 5 μm Wellenlängenband besitzt.
Im folgenden wird ein neuntes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 14 und 15 beschrieben. 14 zeit den Aufbau oder die Konstruktion einer Laservorrichtung 160 des neunten Ausführungsbeispiels.
Die Laservorrichtung 160 dieses Ausführungsbeispiels weist folgendes auf: eine einzige Laserfaser 110; Wickeltrommeln 169 zum Aufwickeln der Laserfaser 110, Pumplichteinführungsfasern 130, einen Einführungsanschluss 163b, einen Abgabeanschluss 163c, einen Reflexionsspiegel 161, ein Bündelteil 162, O-Ringe 163d, eine Trennwand 163a und ein Metallpositionierungselement 163 mit einer Innenoberfläche, die mit einem Metall, wie beispielsweise Gold, plattiert ist und die ferner oberflächenbehandelt ist und zwar mit einem transparenten Polymer, wie beispielsweise einem Fluorkohlenstoffpolymer.
Die Laserfaser 11A ist nach dem Falten an einer Vielzahl von Stellen durch das Bündelteil 162 gebündelt. Der gefaltete Teil der Laserfaser 110 ist auf die Wickeltrommel 169 gewickelt, angeordnet an beiden Enden des Bündelteils 162 und befestigt daran. Ein Reflexionsspiegel 161 ist an einem Ende der Laserfaser 110 angebracht und das andere Ende der Laserfaser 110 verbleibt als eine abgeschnittene Oberfläche.
An beiden Längskanten der Laserfaser 110 sind Spitzen einer Vielzahl von Pumplichteinführungsfasern 130 vorgesehen und zwar zum Einführen von Pumplicht in das Bündelteil 162.
An dem longitudinalen oder in Längsrichtung liegenden Mittelteil der Laserfaser 110 sind Trennwände 163a vorgesehen, um das Bündelteil 162 sandwichartig darinnen aufzunehmen, und O-Ringe 163d sind außerhalb der Trennwand 163d (163a) angebracht.
Die Laserfaser 110, die Wickeltrommeln 169, die Pumplichteinführungsfasern 130, der Einführanschluss 163b, das Bündelteil 162, die Trennwand 163a und die O-Ring 163d sind in einem gefäßförmigen Metallführungselement 163 untergebracht, welches mit einer plattierten Oberfläche abgedeckt ist und zwar plattiert mit Gold oder einem anderen geeigneten Material und mit einem transparenten Polymer, wie beispielsweise Fluorkohlenstoffpolymer, beschichtet auf der plattierten Oberfläche.
Hier sind beide Enden der Laserfaser 110 und das nicht gebündelte Ende der Pumplichteinführungsfaser 130 außerhalb des Metallführungselements 163 angeordnet. Die Trennwand 163a trennt den Innenraum innerhalb des Metallpositionierelements 163 in zwei Zonen oder Regionen und die O-Ringe 163d sind dafür vorgesehen, die Gasdichtigkeit zwischen diesen Zonen zu verbessern. Der Einführanschluss 163b ist mit einer der beiden Zonen getrennt durch die Trennwand 163a verbunden und der Auslassanschluss 163c ist zu der anderen Zone der beiden Zonen verbunden.
15 zeigt eine Querschnittsansicht des Bündelteils 57 längs Linie A-A in 14. In dem Bündelteil 162 ist die gefaltete Laserfaser 110 gebündelt und der Raμm zwischen der gebündelten Laserfaser ist mit Indexanpassungsöl 166 gefüllt. Die Laserfaser 110 besitzt eine koaxiale Konstruktion und weist einen zentralen dotierten Kern 168 und eine Umfangsbeschichtung oder -umhüllung 167 auf.
Der Außenwandteil des Bündelteils weist ein Metallpositionierelement 164 mit einer Innenoberfläche auf, die mit Gold oder einem anderen geeigneten Material beschichtet ist und ferner eine transparente Polymerbeschichtung oder -umhüllung 165 hergestellt aus Fluorkohlenstoffpolymer oder dergleichen und zwar das Metallpositionierelement 164 derart abdeckend, dass das eingeführte Pumplicht innerhalb des Bündelteils 162 reflektiert wird.
Hier sind die Materialien für die Beschichtung oder Umhüllung 167 und das Indexanpassungsöl 166 derart ausgewählt, dass sie im wesentlichen den gleichen Brechungsindex miteinander besitzen, und das Material für den dotierten Kern 168 wird derart ausgewählt, dass einen höheren Brechungsindex besitzt als die Beschichtung 167 und das Indexanpassungsöl 166. Auch besitzt die transparente Polymerbeschichtung 165 einen geringeren Brechungsindex als die Beschichtung 167, das Indexanpassungsöl 166 und der dotierte Kern 168.
Als nächstes wird die Arbeitsweise der Laservorrichtung 160 unter Bezugnahme auf die 14 und 15 beschrieben. Das Indexanpassungsöl 166, das vom Einführungsanschluss 163b eingeführt wird, füllt eine der Regionen oder Zonen, die getrennt sind durch die Trennwand 163d, und fließt durch das Innere des Bündelteils 162, um die andere Region oder Zone zu erreichen, die durch die Trennwand 163d abgetrennt ist. Danach füllt das Indexanpassungsöl 166 den anderen Bereich oder die andere Zone und wird sodann von dem Abgabeanschluss 163c abgegeben.
Das durch die Pumplichteinführungsfaser 130 eingeführte wird wiederholt innerhalb des Bündelteils 162 reflektiert, um den dotierten Kern 168 der Laserfaser 110 zu erreichen und die Laserfaser 110 bestrahlt durch das Pumplicht erzeugt einen Laserstrahl. Der erzeugte Laserstrahl wird zu beiden Enden der Laserfaser 110 übertragen. Der ein Ende ohne den Reflexionsspiegel 161 erreichende Laserstrahl wird dahindurch ab- oder ausgegeben und der das Ende der Laserfaser 110 mit dem Reflexionsspiegel 161 erreichende Laserstrahl wird dort reflektiert, um vom anderen Ende der Laserfaser 110 ausgegeben zu werden.
Als nächstes wird ein erstes Beispiel des neunten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung beschrieben. Im neunten Ausführungsbeispiel wird eine auf Siliziumdioxid basierende Glasfaser verwendet, die einen 80 μm Kerndurchmesser, einen 125 μm Beschichtungs- oder Umhüllungsdurchmesser und eine numerische Apertur von 0,2 besitzt, wobei Nd³⁺-Ionen von 0,4 At % in den Kern dotiert sind. Die Faser besitzt eine Gesamtlänge von 230 m und ist 452 derart gefaltet, dass die Bündelteillänge 250 mm beträgt. Durch Falten der Faser auf diese Art und Weise läuft das Licht 1000 mm, während es von einer ersten Endfaltung zur zweiten Endfaltung übertragen wird und kehrt dann zu der ersten Endfaltung zurück.
Fünf Pumplichteinführungsfasern mit einem rechteckigen Querschnitt von 10,0 × 0,1 mm werden jeweils in die beiden Endoberflächen des Bündelteils eingesetzt derart, dass zehn Pumplichteinführungsfasern insgesamt gebildet werden. Diese Anordnung ist in einem Metallelement bzw. einem Metallpositionierelement umschlossen und zwar mit einem Basismaterial aus Messing und mit einer aus reinem Gold plattierten Oberfläche (Spiegeloberfläche), die ferner mit einem transparenten Fluorkohlenstoffpolymer beschicht ist, welches einen Brechungsindex von 1,34 besitzt und wobei ferner ein rechteckiger Querschnitt mit einer mittigen Trennwand in 14 gezeigt vorgesehen ist.
Die außerhalb des Pumplichteinführungsteils angeordneten Teile sind mit einem transparenten Fluorkohlenstoffpolymer abgedeckt, mit einem Brechungsindex von 1,34 für die Laserfaser und mit einem Ultraviolett-Aushärtharz mit einem Brechungsindex von 1,445 für die Pumplichteinführungsfaser. Der Laserkörper, aufgebaut wie oben beschrieben, wird in ein äußeres Metallgehäuse eingebaut und eine Ölzirkulationspumpe wird damit verbunden, um transparentes Indexanpassungsöl einzuführen, welches einen Brechungsindex von 1,458 besitzt und zwar erfolgt die Einführung in das Gehäuse und unter Druck, so dass das Indexanpassungsöl zirkuliert und durch das Laserbündelteil läuft. Der Druck wird auf 3 kg/cm² eingestellt. Beide Enden der Laserfaser sind aus dem Gehäuse herausgezogen und der Anschluss, wo die Faser herausgezogen ist, wird hermetisch mit Harz derart abgedichtet, dass der Druck nicht aus dem Bereich innerhalb des Gehäuses herausleckt. Ein Ende der Laserfaser wird gegen einen Reflexionsspiegel gepresst und zwar mit einem Re flektionsvermögen von 99,9% und das andere Ende bleibt eine durch Schnitt abgebrochene Oberfläche.
Die Pumplichteinführungsfaser ist über eine zylindrische Linse mit einem Halbleiterlaser verbunden, der eine Schwingungswellenlänge von ungefähr 0,8 μm und eine maximale Ausgangsleistung von 200 W besitzt, wodurch Pumplicht in das Bündelteil eingeführt wird. Es wird eine Laserschwingung am Ausgang von der abgebrochen bzw. abgeschnittenen Endoberfläche der Laserfaser beobachtet mit 1,2 kW Leistung in einem 1,06 μm Wellenlängenband. Es wird hier keine Schädigung des Indexanpassungsöls infolge des pumpenden Laserlichts beobachtet.
Als nächstes wird ein zweites Beispiel des neunten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung beschrieben. Im neunten Ausführungsbeispiel wird eine auf Siliziumdioxid basierende Glasfaser verwendet, die einen 80 μm Kerndurchmesser, einen 125 μm Beschichtungsdurchmesser und eine numerische Apertur von 0,2 besitzt, wobei Nd³⁺-Ionen von 0,5 At% in den Kern dotiert sind. Die Faser besitzt eine Gesamtlänge von 90 m und ist 174 mal derart gefaltet, dass die Bündelteillänge 250 mm beträgt. Das Falten der Faser auf diese Art und Weise bewirkt, dass das Licht 1000 mm während der Übertragung von einer ersten Endfaltung zu einer zweiten Endfaltung und dann zurück zur ersten Endfaltung durchläuft.
Fünf Pumplichteinführungsfasern mit einem rechteckigen Querschnitt von 10,0 × 0,4 mm sind jeweils in beide Endoberflächen des Bündelteils eingesetzt und sehen somit zehn Pumplichteinführungsfasern insgesamt vor. Diese Anordnung ist in einem Metallelement oder Metallpositionierungselement umschlossen und zwar besitzt dieses ein Basis- oder Grundmaterial aus Messing und eine mit reinem Gold plattierte Oberfläche (Spiegeloberfläche), die ferner mit einem transparenten Fluorkohlenstoffpolymer mit einem Brechungsindex von 1,34 beschicht ist, und ferner ist ein rechteckiger Querschnitt mit einer mittigen Trennwand wie in 14 gezeigt vorgesehen.
Die außerhalb des Pumplichteinführungsteils angeordneten Teile sind abgedeckt oder bedeckt und zwar durch ein transparentes Fluorkohlenstoffpolymer mit einem Brechungsindex von 1,34 für die Laserfaser und ein Ultraviolett-Aushärtharz mit einem Brechungsindex von 1,445 für die Pumplichteinführungsfaser. Der wie oben aufgebaute Laserkörper ist in einem äußeren Metallgehäuse eingebaut und eine Ölzirkulationspumpe ist damit verbunden, um transparentes Indexanpassungsöl mit einem Brechungsindex von 1,458 in das Gehäuse einzuführen und dieses unter Druck zu setzen zur Zirkulation des Indexanpassungsöls zum Durchgang durch den Laserbündelteil. Der Druck ist auf 3 kg/cm² eingestellt. Die beiden Enden der Laserfaser sind aus dem Gehäuse herausgezogen und der Anschluss, wo die Faser herausgezogen ist, ist hermetisch abgedichtet mit einem Harz derart, dass der Druck nicht vom Inneren des Gehäuses her leckt. Ein Ende der Laserfaser ist gegen einen Reflexionsspiegel mit einem Reflektionsvermögen von 99,9% gepresst und das andere Ende bleibt eine abgeschnittene abgebrochene Oberfläche.
Zehn Pumplichteinführfasern auf jeder Seite des Bündelteils sind über eine zylindrische Linse mit einem Halbleiterlaser verbunden, der eine Oszillations- oder Schwingungswellenlänge von ungefähr 0,98 μm besitzt und eine maximale Ausgangsleistung von 100 W, wodurch Pumplicht in das Bündelteil eingeführt wird. Die Laserschwingung wird am Ausgang der gebrochenen abgeschnittenen Endoberfläche der Laserfaser mit 0,8 kW Leistung in einem 1,03 μm Wellenlängenband beobachtet. Hier tritt keine Schädigung des Indexanpassungsöls auf und zwar infolge des Pumplaserlichts.
Als nächstes wird ein drittes Beispiel des neunten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung beschrieben. Im neunten Ausführungsbeispiel wird eine mehrere Komponenten aufweisende Alumino-Silikat-Glasfaser verwendet mit einem 10 μm Kerndurchmesser, einem 125 μm Beschichtungsdurchmesser und einer numerischen Apertur von 0,11, wobei Er³⁺-Ionen von 5000 ppmwt und Yb³⁺-Ionen von 5 wt% in den Kern dotiert sind. Die Faser besitzt eine Gesamtlänge von 230 m und ist 452 mal derart gefaltet, dass die Bündelteillänge 250 mm beträgt. Durch Falten der Faser auf diese Art und Weise läuft das Licht 1000 mm, während es von einer ersten Endfaltung zur zweiten Endfaltung und dann zurück zur ersten Endfaltung übertragen wird.
Fünf Pumplichteinführungsfasern mit einem rechteckigen Querschnitt von 10,0 × 0,1 mm sind jeweils in beide Endoberflächen des Bündelteils eingesetzt, auf welche Weise insgesamt zehn Pumplichteinführfasern vorgesehen werden. Diese Anordnung ist umschlossen in einem Metallpositionierungselement mit einem Basis- oder Grundmaterial aus Messing und einer mit reinem Gold plattierten Oberfläche (Spiegeloberfläche), die ferner mit einem transparenten Fluorkohlenstoffpolymer beschichtet ist, das ein Brechungsindex von 1,34 besitzt und ferner ist ein rechteckiger Querschnitt mit einer mittleren oder zentralen Trennwand wie in 14 gezeigt versehen.
Die außerhalb des Pumplichteinführteils angeordneten Teile sind durch ein transparentes Fluorkohlenstoffpolymer mit einem Brechungsindex von 1,34 für die Laserfaser und einem Ultraviolett-Aushärtharz mit einem Brechungsindex von 1,445 für die Pumplichteinführfaser abgedeckt.
Der in der oben beschriebenen Art und Weise konstruierte oder aufgebaute Laserkörper ist in einem äußeren Metallgehäuse installiert. Das Metallgehäuse ist in zwei Regionen oder Zonen durch den Laserkörper unterteilt. In einer der Regionen ist ein Indexanpassungsöleinführteil vorgesehen und in der anderen der Regionen ist ein Indexanpassungsölabgabeteil vorgesehen. Der Indexanpassungsgleinführungsteil ist mit einer Ölzirkulationspumpe verbunden, um transparentes Indexanpassungsöl mit einem Brechungsindex von 1,523 in das Gehäuse einzuführen und dies unter Druck zu setzen zur Zirkulation des Indexanpassungsöls zum Durchgang durch den Laserbündelteil. Der Druck ist auf 3 kg/cm² eingestellt. Die beiden Enden der Laserfaser sind aus dem Gehäuse herausgezogen und der Anschluss, wo die Faser herausgeführt ist, ist hermetisch mit Harz derart abgedichtet, dass der Druck nicht aus der Innenseite des Gehäuses herausleckt. Ein Ende der Laserfaser ist eingestellt, um 40 Signalwellen mit den Wellenlängen von 1,53 bis 1,57 μm zur gleichen Zeit einzugeben. Das andere Ende der Laserfaser ist mit einer auf Siliziumdi oxid basierenden Glasfaser verbunden und zwar durch diagonale Kopplung der abgeschnittenen Stirnflächen zur Ausgabe der verstärkten Signale.
Die Pumplichteinführungsfaser ist über eine zylindrische Linse mit einem Halbleiterlaser verbunden, der eine Schwingungswellenlänge von ungefähr 0,98 μm und eine maximale Ausgangsleistung von 50 W besitzt. Eine Intensität des Eingangssignals ist 6 dBm insgesamt und die verstärkte Signalausgangsgröße erreicht insgesamt bis zu 55 dBm. Hier wird keine Schädigung des Indexanpassungsöls infolge des Pumplaserlichts beobachtet. Durch Einstellung der Intensität des Pumplichtes wird auch die Verstärkungsabweichung auch weniger als ± 1 dB verringert.
Im folgenden wird unter Bezugnahme auf 16 das zehnte Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. 16 zeigt eine Konstruktion einer Laservorrichtung 170 des zehnten Ausführungsbeispiels.
Die Laservorrichtung 170 des Ausführungsbeispiels ist eine Modifikation der Laservorrichtung 160 des neunten Ausführungsbeispiels gemäß den 14 und 15 und weist folgendes auf: eine Metallbasis 172, die mit Gold oder einem anderen geeigneten Material plattiert ist und ferner beschichtet ist mit einem transparenten Polymer, wie beispielsweise Fluorkohlenstoffpolymer. Ferner ist eine Laserfaser 110 vorgesehen, Pumplichteinführungsfasern 130, ein Reflexionsspiegel 171 und eine Faserbündelführungsnut 173.
Die Faserbündelführungsnut 173 ist als eine einzige Nut ausgebildet und zwar spiralförmig angeordnet auf der Innenseite der Metallbasis 172, wobei beide Enden jeweils mit dem Äußeren der Metallbasis 172 verbunden sind. Die Laserfaser 110 ist an einer Vielzahl von Stellen zum Zwecke der Bündelung gefaltet und das Bündel aus gefalteten Fasern ist angeordnet entlang der Faserbündelführungsnut 173. Die Laserfaser 110, die auf diese Weise entlang der Faserbündelführungsnut 173 angeordnet ist, hat ihre gefalteten Teile und beide der Anschlussenden sind zur Außenseite der Metallbasis 172 hin herausgeführt und zwar durch die zwei Anschlussenden der Faserbündelführungsnut 173 und der herausgeführte Teil von der Metallbasis 172 ist mit einer zweiten Beschichtung oder Umhüllung versehen.
Der Reflexionsspiegel 171 ist an einer Endoberfläche der Laserfaser 110, die herausgeführt ist, befestigt. Das Indexanpassungsöl wird in die Faserbündelführungsnut 173 eingeführt, wodurch der Raum um die Laserfaser 110 herum angefüllt wird. Die Pumplichteinführungsfasern 130 sind zwei Austrittsteilen der Faserbündelführungsnut 173 verbunden, wodurch Pumplicht in die Laserfaser 110 eingeführt wird.
Ein durch das eingeführte Pumplicht erzeugter Laserstrahl wird zu beiden Enden der Laserfaser 110 hin übertragen. Der Laserstrahl, der den Reflexionsspiegel 171 erreicht hat, wird von diesem reflektiert, um schließlich das Ende ohne Reflexionsspiegel 171 zu erreichen und von dort ausgegeben zu werden.
Als nächstes wird ein Beispiel des zehnen Ausführungsbeispiels beschrieben. In dem zehnten Ausführungsbeispiel ist eine auf Siliziumdioxid basierende Glasfaser vorgesehen, die einen 7 μm Kerndurchmesser besitzt, ferner einen 60 μm Beschichtungs- oder Umhüllungsdurchmesser und eine numerische Apertur von 0,11, wobei Nd³⁺-Ionen mit 0,4 At% in den Kern dotiert sind. Die Faser mit einer Gesamtlänge von 570 m ist 452 derart gefaltet, dass die Bündelteillänge 2,0 m ist. Durch Falten der Faser auf diese Weise läuft Licht 2,5 m während es von einer ersten Endfaltung zu der zweiten Endfaltung und dann zurück zur ersten Endfaltung übertragen wird.
Zwei Pumplichteinführungsfasern mit einem rechteckigen Querschnitt von 10,0 × 0,2 mm sind eingesetzt in beide Endoberflächen des Bündelteils, was auf diese Weise vier Fasern insgesamt bedeutet, die entlang Spiralkonfiguration in einem Metallpositionierungselement (mit einem Basismaterial aus Messing) angeordnet sind, wobei dieses eine spiral- oder schraubenförmige Nut besitzt und zwar von 1 × 1 mm rechteckigem Querschnitt ohne ein Ende an der Mitte und mit einer mit reinem Gold plattierten Oberfläche (Spiegelober fläche), die ferner beschichtet ist mit einem transparenten Fluorkohlenstoffpolymer mit einem Brechungsindex von 1,34.
Das Indexanpassungsöl mit einem Brechungsindex von 1,458 wird in das Metallelement oder Metallpositionierelement mit einer Strömungsrate von 0,1 l/min eingeführt. Die außerhalb des Pumplichteinführungsteils angeordnete Laserfaser ist mit einem transparenten Fluorkohlenstoffpolymer mit einem Brechungsindex von 1,34 beschichtet und die Pumplichteinführungsfaser ist mit einem transparenten Ultraviolett-Aushärtharz mit einem Brechungsindex von 1,445 beschichtet. Ein Ende der Laserfaser ist mit einer optischen Signalquelle von 1,064 μm Wellenlänge verbunden, um so ein optisches Signal von –10 dBm von seiner Endoberfläche einzugeben. Die Laserfaser ist hier nicht mit einem Reflexionsspiegel verbunden.
Jedes Ende (vier Stellen) der Pumplichteinführungsfaser ist über eine zylind rische Linse mit einem Halbleiterlaser verbunden und zwar mit einer Schwingungswellenlänge von ungefähr 0,8 μm und einer maximalen Ausgangsleistung von 200 W, wodurch Pumplicht in das Bündelteil eingeführt wird. Ein verstärktes optisches Signal wird beobachtet und zwar mit einer Wellenlänge von 1,064 μm und einer Ausgangsleistung von 55 dBm. Dieser optische Faserverstärker kann in einer optischen Verbindung zwischen künstlichen Satelliten im Raum verwendet werden.
Im folgenden wird, ein elftes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die 17 beschrieben. 17 zeigte eine Konstruktion oder einen Aufbau einer Laservorrichtung 180 des elften Ausführungsbeispiels.
Der Faserlaser 180 des elften Ausführungsbeispiels ist eine Modifikation der Laservorrichtung 101 des sechsten Ausführungsbeispiels und weist folgendes auf: eine Metallpositionier- oder Verbindungselement 182, das mit Gold oder einem anderen geeigneten Material plattiert ist und ferner beschichtet ist mit einem transparenten Polymer, wie beispielsweise Fluorkohlenstoffpolymer, wobei die Pumplichteinführungsfasern 130, die Laserfaser 110 und ein Reflexionsspiegel 181 vorgesehen sind.
Eine Führungsnut bildet Kanten eines Hexagons an dem Metallpositionierungselement 182 und zwar vorgesehen auf dem Metallpositionierungselement 182 und entlang der Kanten ist die Laserfaser 110 vorgesehen. Die Laserfaser 110 ist entlang der Kanten des Hexagons eine Vielzahl von Malen gewickelt und beide Anschlussenden sind zu der Außenseite des Metallelements 182 herausgeführt. Hier ist der herausgezogene Teil aus dem Metallelement 182 mit einer zweiten Beschichtung versehen. Ein Reflexionsspiegel 181 ist an einer Endoberfläche der Laserfaser 110, die herausgeführt ist, angebracht. Die Kanten eines Hexagons bildende Führungsnut wird mit Indexanpassungsöl versorgt, um den Raum um die Laserfaser 110 herum anzufüllen.
Jede der Kanten eine Hexagons bildende Nuten ist, wie oben beschrieben, verlängert, um eine Verbindungsnut vorzusehen zur Verbindung der Außenseite des Metallelements 182 und diese Verbindungsnut steht mit der Nut an der Kante zum Äußeren des Metallelements 182 in Verbindung. Längs jeder derart kombinierten Nut ist die Pumplichteinführungsfaser 130 angeordnet, die Pumplicht in die Laserfaser 110 innerhalb des Metallelementes 182 einführt.
Ein durch das eingeführte Pumplicht erzeugter Laserstrahl wird zu beiden Enden der Laserfaser 110 übertragen. Der Laserstrahl, der das mit dem Reflexionsspiegel 181 versehene Ende der Laserfaser 110 erreicht hat, wird von diesem reflektiert, um schließlich das andere Ende der Laserfaser 110 ohne den Reflexionsspiegel 181 zu erreichen und um dort ausgegeben zu werden.
Als nächstes wird ein erstes Beispiel des elften Ausführungsbeispiels beschrieben. Im elften Ausführungsbeispiel wird eine einzige auf Siliziumdioxid basierende Glasfaser verwendet und zwar mit 50 μm Kerndurchmesser, einem 125 μm Beschichtungsdurchmesser und einer numerischen Apertur von 0,2, wobei Nd³⁺-Ionen bei 0,4 At% in den Kern dotiert sind. Diese Faser ist in einem Metallelement (mit einem Grundmaterial aus Messing) umschlossen und zwar mit einem Durchmesser von ungefähr 380 mm und eine innere umgebende Konfiguration besitzt eine aus reinem Gold bestehende plattierte Oberfläche (Spiegeloberfläche), die ferner mit einem transparenten Fluorkohlenstoffpolymer beschichtet ist, welches einen Brechungsindex von 1,34 besitzt, wobei sechs Pumplichteinführungsfasern eingesetzt sind und zwar aus einer tangentialen Richtung alle 200 mm entlang einem Außenumfang des Metallelements. Eine Laserfaser mit einer Gesamtlänge von 85 m wird verwendet, indem 146 Kerne in eine Querschnittsrichtung existieren.
Transparentes Indexanpassungsöl mit einem Brechungsindex von 1,485 wird an das Metallelement geliefert, das sodann fest durch einen Deckel verschlossen ist mit einer spiegelnden goldplattierten Oberfläche und zwar beschichtet mit einem Fluorkohlenstoffpolymer mit einem Brechungsindex von 1,34. Der auf diese Weise zusammengebaute Laserkörper ist in einem Ge häuse untergebracht, welches auch ein Indexanpassungsöl enthält mit einem Brechungsindex von 1,458 und wobei insgesamt die Entgasung vorgesehen ist, um Luftblasen herauszuziehen.
Sämtliche Anschlussenden der Pumplichteinführungsfaser und der Laserfaser sind aus dem Gehäuse herausgeführt. Ein Spiegel zum reflektieren von 99% von 1,06 μm Wellenlängenlicht ist an einem Ende der Laserfaser angebracht und am anderen Ende der Laserfaser verbleibt eine weggebrochene abgeschnittene Oberfläche.
Jedes Ende der Pumplichteinführungsfaser (sechs Stellen) ist über eine zylindrische Linse mit einem Halbleiterlaser verbunden und zwar mit einer Schwingungswellenlänge von ungefähr 0,8 μm und einer maximalen Ausgangsleistung von 35 W, wodurch Pumplicht in den Bündelteil eingeführt wird. Eine Laserschwingung wird beobachtet und zwar mit einer Ausgangsleistung von 100 W in einem 1,06 μm Wellenlängenband.
Als nächstes wird ein zweites Beispiel des elften Ausführungsbeispiels beschrieben. Fünfzehn umgebende Metallteile (einschließlich Faser) der Laservorrichtung des ersten Ausführungsbeispiels werden hergestellt und in einem tiefen Metallgehäuse untergebracht, in den Indexanpassungsöl zirkuliert wird. Die Laserfasern für fünfzehn Metallteile sind verschmolzen, um in Serie geschaltet zu sein.
Neunzig Pumplichteinführungsfasern und zwei Enden der Laserfaser sind herausgeführt. Jedes einzelne Ende der neunzig Pumplichteinführungsfasern ist über eine Zylinderlinse mit einem Halbleiterlaser verbunden, der eine Oszillations- oder Schwingungswellenlänge von ungefähr 0,8 μm besitzt und eine maximale Ausgangsleistung von 35 W, wodurch Pumplicht in die Laservorrichtung eingeführt wird. Das andere Ende der Laserfaser ist gegen einen Spiegel mit einem Reflektionsvermögen von 99,9% gepresst. Eine Laserschwingung wird am Ausgang beobachtet, die 1,3 kW Leistung besitzt und in einem 1,06 μm Wellenlängenband liegt.
Im folgenden wird ein drittes Beispiel des elften Ausführungsbeispiels beschrieben. In dem elften Ausführungsbeispiel wird eine einzige SiO₂-Al₂O₃-Y₂O₃-MgO-Glasfaser verwendet mit 10 μm Kerndurchmesser, 125 μm Beschichtungsdurchmesser und einer numerischen Apertur von 0,11, wobei Er³⁺lonen von 5000 ppmwt in den Kern dotiert sind. Ein Metallelement ist aus einem Basismaterial von Messing hergestellt und besitzt eine innere umgebende Konfiguration mit einer mit reinem Gold plattierten Oberfläche (Spiegeloberfläche), die ferner beschichtet ist mit einem transparenten Fluorkohlenstoffpolymer mit einem Brechungsindex von 1,34. Ein Durchmesser des Metallelements ist annähernd 380 mm und eine Laserfaser mit einer Gesamtlänge von 120 m ist in eine hexagonale Nut in dem Metallelement gewickelt, in dem 90 Kerne in einer Querschnittsrichtung existieren.
Sechs Pumplichteinführungsfasern mit einem Durchmesser von 600 μm sind aus einer Tangentialrichtung alle 200 mm entlang einem Außenumfang des Metallelements eingesetzt. Transparentes Indexanpassungsöl mit einem Bre chungsindex von 1,55 wird in das Metallelement geliefert, welches sodann fest durch einen Deckel verschlossen wird, der eine Spiegelgold plattierte Oberfläche besitzt und zwar beschicht mit einem Fluorkohlenstoffpolymer mit einem Brechungsindex von 1,34. Der auf diese Weise zusammengebaute Laserkörper wird in einem Gehäuse untergebracht und zwar einschließlich eines Indexanpassungsöls mit einem Brechungsindex von 1,55 und es erfolgt eine Entgasung insgesamt, um Luftblasen herauszuziehen.
Alle Anschlussenden der Pumplichteinführungsfaser und der Laserfaser sind aus dem Gehäuse herausgeführt. Ein Ende der Laserfaser ist mit einer Wellenlängenmultiplexsignalquelle verbunden und das andere Ende der Laserfaser ist schräg unter 10 Grad poliert. Ein Ende der Pumplichteinführungsfasern ist mit einem Halbleiterlaser gekoppelt und zwar mit einer Schwingungswellenlänge von annähernd 0,98 μm und einer maximalen Ausgangsleistung von 0,25 W, wodurch Pumplicht in das Bündelteil eingeführt wird. Infolgedessen wird ein Ausgangsignal von 30 dBm insgesamt beobachtet. Durch Ändern der Intensität der sechs Pumpquellen könnte die Form des verstärkten Ausgangsspektrums in dem Wellenlängenmultiplexmodus gesteuert werden.
Als nächstes wird ein zwölftes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 18 beschrieben. Im zwölften Ausführungsbeispiel erfolgt die Einführung des Pumplichts direkt durch Pumpen von LDs und nicht durch eine Faser wie in den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen. In diesem Ausführungsbeispiel wird die Pump-LD als eine Modifikation des achten Ausführungsbeispiels angewandt.
18 zeigt eine Konstruktion einer Laservorrichtung 190 gemäß dem zwölften Ausführungsbeispiel. Wie in 18 gezeigt, weist die Laservorrichtung 190 folgendes auf: eine einzige Laserfaser 110, einen Reflexionsspiegel 191, Pump-LDs 193a, 193b und Pumplichteinführelemente 194a, 194b und ferner wie im achten Ausführungsbeispiel eine gefaltete Laserfaser 110 verschmolzen und gebündelt in einem Bündelteil 192. Das Bündelteil 192 und die Laserfaser 110 angeordnet außerhalb des Bündelteils 192 sind mit einem transpa renten Polymer, wie beispielsweise Fluorkohlenstoffpolymer, beschichtet und ferner mit Gold oder einem anderen geeigneten Material plattiert.
An beiden Enden des Bündelteils 192 sind Pumplichteinführungselemente 194a, 194b angebracht und Pump-LDs 193a, 193b sind an den Pumplichteinführungselementen 194a, 194b angebracht. Pumplicht wird von den Pumplicht-LDs 193a, 193b emittiert und wird in das Bündelteil 192 über die Pumplichteinführungselemente 194a, 194b, wie beispielsweise (einen) Linsenkanal, eingeführt. Im übrigen ist der Betrieb der gleiche wie beim achten Ausführungsbeispiel und daher wird die Beschreibung hier insofern weggelassen.
Als nächstes wird das zwölfte Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Im zwölften Ausführungsbeispiel wird eine auf Siliziumdioxid basierende Glasfaser verwendet und zwar mit einem 80 μm Kerndurchmesser, einem 125 μm Beschichtungsdurchmesser und numerischen Apertur von 0,2, wobei Nd³⁺-Ionen von 0,4 At% in den Kern dotiert werden. Die Faser besitzt eine Gesamtlänge von 60 m und ist 146 mal derart gefaltet, dass die Bündelteillänge 200 mm beträgt. Durch Falten der Faser auf diese Art und Weise läuft das Licht 800 mm während es übertragen wird von einer ersten Endfaltung zur zweiten Endfaltung und dann zurück zur ersten Endfaltung. Die Pumplichteinführelemente mit einem verjüngten Teil eines Querschnitts von 10,0 × 0,2 mm und einer Länge von 60 mm sind an beiden Endoberflächen des Bündelteils eingesetzt. Die gesamte Anordnung ist in der Kohlenstoffform platziert und innerhalb eines Vakuumschmelzofens installiert, der auf 1600 °C 30 Minuten erhitzt werden kann. Sodann wird Heliumgas in den Ofen eingeführt, wobei die Temperatur aufrechterhalten wird, um den Druck auf 0,2 Mpa zu erhöhen, wodurch die ansonsten zwischen den Fasern existierenden Räume deflattiert oder entleert werden.
Nach dem Kühlen wird ein transparentes Fluorkohlenstoffpolymer mit einem Brechungsindex von 1,33 an den oder auf den gesamten Körper aufgebracht und der gesamte Bündelteil bzw. das gesamte Bündelteil wird mit einem Gold-Quecksilber-Amalgam beschicht, um in einem Vakuumgefäß auf 200°C er hitzt zu werden, um so das Quecksilber zu entfernen und die Goldplattierung darauf anzubringen. Das Anschlussende der Laserfaser wird ohne Verarbeitung gelassen und hat ungefähr 4% Fresnel-Reflexion. Ein Ende der Pumplichteinführfaser ist über eine zylindrische Linse mit einem Halbleiterlaser verbunden und zwar mit einer Schwingungswellenlänge von ungefähr 0,8 μm und einer maximalen Ausgangsleistung von 200 W, wodurch Pumplicht in das Bündelteil eingeführt wird. Die Laserschwingungsausgangsgröße wird mit 55 W Leistung und in einem 1,06 μm Wellenlängenband beobachtet. Optische Pumplichteinführelemente sind mit einem Halbleiterlaser gekoppelt und zwar unter Verwendung eines optischen Klebemittels mit einer Schwingungswellenlänge von ungefähr 0,8 μm und einer maximalen Ausgangsleistung von 200 W, wodurch Pumplicht in das Bündelteil eingeführt wird. Eine Laserschwingungsausgangsgröße wird beobachtet, die 120 W Leistung besitzt und in einem 1,06 μm Wellenlängenband liegt.
Im folgenden wird ein dreizehntes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die 19 beschrieben. 19 zeigt den Aufbau einer Laservorrichtung 200 des dreizehnten Ausführungsbeispiels.
Die Laservorrichtung 200 dieses Ausführungsbeispiels weist folgendes auf: eine Metallbasis 207, die mit Gold oder einer anderen geeigneten Substanz plattiert ist und die ferner beschichtet ist mit einem transparenten Polymer, wie beispielsweise Fluorkohlenstoffpolymer. Ferner ist ein Auslassanschluss 202 vorgesehen, ein Einlassanschluss 203, ein Reflexionsspiegel 204, Trennwände 205a, 205b, Pumplichteinführungsfasern 206a, 206b und ein Metallelement 208.
Die Laserfaser 201 wird gebündelt und zwar nach dem Falten an mehreren Stellen zur Bildung von Bündeln gefalteter Fasern. Die Metallbasis 207 ist mit einer Führungsnut 207a versehen, die kein Anschlussende an der Mitte besitzt und das Bündel aus gefalteten Fasern ist bzw. sind entlang der Führungsnut 207a angeordnet. Hier sind die gefalteten Teile und beide Anschlussenden der Laserfaser 201 durch die zwei Austrittsteile herausgeführt und angeordnet außerhalb der Metallbasis 207. An einer Endoberfläche der Laserfaser 201, die herausgeführt ist, ist ein Reflexionsspiegel 204 angebracht. Spitzenteile der Pumplichteinführungsfasern 206a, 206b sind mit zwei Austrittsteilen der Führungsnut 207a verbunden, wodurch Pumplicht dahinein eingeführt wird.
Wie oben beschrieben, ist die Metallbasis 207, die die Laserfaser 201 und die Pumplichteinführungsfasern 206a, 206b aufweist, innerhalb eines Metallelements 208 eingebaut. Ein Ende der Pumplichteinführungsfaser 206a, 206b nicht verbunden mit der Metallbasis 207 ist außerhalb des Metallelements 208 angeordnet. Ebenfalls sind zwei Trennwände 205a, 205b angebracht, um mit der Innenoberfläche des Metallelements 208 und der Metallbasis 207 anzustoßen, wodurch der Raum zwischen der Innenoberfläche des Metallelements 208 und der Außenoberfläche der Metallbasis 207 in zwei Regionen oder Zonen unterteilt wird. Eine der Zonen ist mit einem Einführungsanschluss 203 versehen oder angebracht und eine andere Zone ist mit einem Auslass- oder Abgabeanschluss 202 versehen oder angebracht. Das in die Innenseite oder den Innenraum des Metallelements 208 eingeführte Indexanpassungsöl, welches von dem Einlassanschluss 203 kommt, füllt eine der Zonen des Raums umgeben von dem Metallelement 208 und der Metallbasis 207 und getrennt durch die Trennwände 205a, 205b auf und fließt dann durch die Innenseite oder den Innenraum der Metallbasis 207, um die andere Zone zu erreichen, die durch die Trennwände 205a, 205b getrennt ist. Sodann füllt das Indexanpassungsöl die andere Zone und wird sodann von dem Abgabeanschluss 202 abgegeben.
Das durch die Pumplichteinführungsfaser 206a, 206b eingeführte Pumplicht wird wiederholt innerhalb der Metallbasis 207 reflektiert, um die Laserfaser 201 zu erreichen, und die Laserfaser 201 bestrahlt durch das Pumplicht erzeugt einen Laserstrahl. Der erzeugte Laserstrahl wird zu beiden Enden der Laserfaser 201 hin übertragen. Der Laserstrahl, der ein Ende erreicht hat ohne einen Reflexionsspiegel 206 wird dahindurch abgegeben und der Laser strahl, der das Ende erreicht hat mit dem Reflexionsspiegel 206 wird von diesem reflektiert, um am anderen Ende abgegeben zu werden.
Als nächstes wird ein Beispiel des dreizehnten Ausführungsbeispiels beschrieben. In diesem Beispiel wird eine Laservorrichtung verwendet, die als ein optischer Signalverstärker verwendet wird. Im dreizehnten Ausführungsbeispiel wird eine auf Siliziumdioxid basierende Glasfaser verwendet und zwar mit einem 7 μm Kerndurchmesser, einem 60 μm Beschichtungsdurchmesser und einer numerischen Apertur von 0,11, wobei Nd³+-Ionen von 0,4 At % innerhalb des Kerns dotiert sind. Die Faser mit einer Gesamtlänge von 610 m wird 240 mal derart gefaltet, dass die Bündelteillänge 2,0 m beträgt. Durch Falten der Faser auf diese Art und Weise läuft das Licht 2,5 m während es von einer ersten Endfaltung zu der zweiten Endfaltung und dann zurück zur ersten Endfaltung übertragen wird.
Zwei Pumplichteinführungsfasern mit einem rechteckigen Querschnitt von 10,0 × 0,1 mm werden in jedes der beiden Endoberflächen des Bündelteils eingesetzt, auf welche Weise vier Fasern insgesamt vorgesehen sind, die entlang einer spiralförmigen oder schraubenförmigen Konfiguration eines Metallelements angeordnet sind, welches eine spiral- oder schraubenförmige Nut aufweist und zwar ohne ein Ende an der Mitte. Das Metallelement hat ein Basismaterial aus Messing und eine spiegelartige mit reinem Gold plattierte Oberfläche ausgebildet, wobei ferner eine Beschichtung mit einem transparenten Fluorkohlenstoffpolymer mit dem Brechungsindex 1,34 vorgesehen ist.
Die außerhalb des Pumplichteinführungsanschlusses angeordnete Laserfaser ist mit einem transparenten Fluorkohlenstoffpolymer mit einem Brechungsindex von 1,34 beschichtet, und die Pumplichteinführungsfaser ist mit durch Ultraviolett-Aushärtharz mit einem Brechungsindex von 1,445 beschichtet.
Indexanpassungsöl mit 1,458 Brechungsindex wird in das Metallelement eingeführt und zwar mit einer Strömungsrate von 0,1 l/min. Ein Ende der Laserfaser ist mit einer optischen Signalquelle mit einer Wellenlänge von 1,064 μm derart verbunden, dass ein optisches Signal von –10 dB eingegeben wird. Die Pumplichteinführungsfaser ist über eine zylindrische Linse mit einem Halbleiterlaser verbunden und zwar mit einer Schwingungswellenlänge von ungefähr 0,8 μm und einer maximalen Ausgangsleistung von 200 W, wodurch Pumplicht in das Bündelteil eingeführt wird. Ein verstärktes optisches Signal wird beobachtet und zwar mit einer Wellenlänge von 1,064 μm und einer Ausgangsleistung von 55 dB. Dieser optische Faserverstärker kann in der optischen Datenübertragung verwendet werden und zwar zwischen künstlichen Satelliten im Raum.
In der obigen Beschreibung sind die Ausführungsbeispiele in erster Linie als eine Laservorrichtung zur Erzeugung eines Laserstrahls beschrieben, jedoch kann die vorliegende Erfindung als ein optischer Signalverstärker verwendet werden, indem der Reflexionsspiegel angebracht an der Laserfaser eliminiert wird.
Ferner hat in der obigen Erläuterung die Laserfaser einen kreisförmigen oder quadratischen Querschnitt. Es können jedoch Laserfasern von anderer Konfiguration verwendet werden, wie beispielsweise dreieckig, D-förmig oder fassförmig.
Ferner ist die vorliegende Erfindung nicht auf die genannten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern verschiedene Veränderungen und Modifikationen können vorgenommen werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Claims

Eine Laservorrichtung (1) zur Erzeugung eines Laserstrahls durch Liefern von Pumplicht an ein in einer optischen Faser (2) enthaltenes Lasermedium, wobei das Pumplicht an das Lasermedium von einer lateralen Seite der optischen Faser geliefert wird, und wobei die Laservorrichtung folgendes aufweist: eine optische Faser (2) mit einem Kernteil (2a), dem das Lasermedium hinzugefügt ist und mit einem Mantel- bzw. Beschichtungsteil (2b), der den Kernteil abdeckt, wobei die optische Faser (2) mit Mehrfachfaltungen oder Windungen vorgesehen ist, ein Strömungsmittelmedium (6) mit einem Brechungsindex im wesentlichen identisch zu dem des Beschichtungsteils (2b) bei einer Wellenlänge des Pumplichts, ein Pumplichtreflexionsteil (4) mit einem Innenraum zur Einschränkung des Pumplichts innerhalb davon, derart, daß das Pumplicht wiederholt in dem Innenraum reflektiert wird, wobei der Innenraum mit dem Strömungsmittelmedium (6) gefüllt ist und mindestens einen Teil der optischen Faser (2) derart enthält, dass eine Vielzahl von Abschnitten der optischen Faser (2) in dem Pfad des Pumplichts angeordnet ist, und wobei das Pumplicht die optische Faser an einer Vielzahl von Abschnitten kreuzt, und ein Pumplichteinführungsanschluss (4c) zum Einführen des erwähnten Pumplichts in den Pumplichtreflexionsteil (4), wobei der Pumplichtreflexionsteil (4) einen Einführungsanschluss (4a) und einen Auslass- bzw. Abgabeanschluss (4b) für das Strömungsmittelmedium (6) aufweist, auf welche Weise ein Teil eines Durchlasses für das Strömungsmittelmedium gebildet wird.
Eine Laservorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Strömungsmittelmedium (6) durch den Pumplichtreflexionsteil zirkuliert.
Eine Laservorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Strömungsmittelmedium (6) ein Kühlmittel zum Kühlen der optischen Faser (2) und des Pumplichteinführungsanschlusses (4c) ist.
Eine Laservorrichtung nach Anspruch 1, wobei die optische Faser (2) ein Material aufweist oder aus diesem hergestellt ist, und zwar ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Siliziumdioxidglas, Fluoridglas, Fluorphosphatglas, Chalcogenidglas, Oxychalcogenidglas, Phosphatglas, Telluritglas, Boratglas, Multi-Compound-Aluminiumsilikatglas und Kunststoff.
Eine Laservorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Lasermedium ausgewählt ist aus der Gruppe, die aus folgendem besteht: Nd³⁺, Yb^s+, Er3+, Pr3+, Ce3+, Tm3+, Ho3+, Tb3+, Dy3+, Eu3+, Eu2+ und organischer Farbstoff.
Ein optischer Signalverstärker zum Verstärken eines optischen Signals durch Liefern von Pumplicht an ein in einer optischen Faser (2) enthaltenes Lasermedium, wobei das Pumplicht zu dem Lasermedium von einer lateralen Seite der optischen Faser (2) geliefert wird, und wobei der optische Signalverstärker folgendes aufweist: eine optische Faser (2) mit einem Kernteil (2a), in den das Lasermedium hinzugefügt wird und ein Mantelteil (2b), das den Kernteil abdeckt, wobei die optische Faser (2) mit Mehrfachfaltungen oder Wicklungen vorgesehen ist, ein Strömungsmittelmedium (6) mit einem Brechungsindex (Brechzahl) im wesentlichen identisch dem des Mantelteils (2b) bei einer Wellenlänge des Pumplichts, ein Pumplichtreflexionsteil (4) mit einem Innenraum zur Einschränkung oder Einschließung des erwähnten Pumplichts innerhalb desselben, so daß das Pumplicht wiederholt in den Innenraum reflektiert wird, wobei der Innenraum mit dem Strömungsmittelmedium (6) gefüllt ist und mindestens einen Teil der optischen Faser (2) derart enthält, dass eine Vielzahl von Abschnitten der optischen Faser (2) in dem Pfad des Pumplichts angeordnet ist, wobei das Pumplicht die erwähnte optische Faser an einer Vielzahl von Abschnitten kreuzt, und ein Pumplichteinführungsanschluss (4c) zum Einführen des Pumplichts in den Pumplichtreflexionsteil (4), wobei der Pumplichtreflexionsteil (4) einen Einführungsanschluss (4a) und einen Abgabeanschluss (4b) für das Strömungsmittelmedium (6) aufweist, auf welche Weise ein Teil eines Durchlasses für das Strömungsmittelmedium gebildet wird.