DE60038334T2

DE60038334T2 - Optischer Wellenleiter

Info

Publication number: DE60038334T2
Application number: DE60038334T
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Torrance Komine
Original assignee: Northrop Grumman Corp
Current assignee: Northrop Grumman Systems Corp
Priority date: 1999-06-03
Filing date: 2000-05-30
Publication date: 2009-04-30
Anticipated expiration: 2020-05-31
Also published as: JP3578970B2; JP2000349369A; EP1059707B1; EP1059707A3; US6229939B1; DE60038334D1; EP1059707A2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft allgemein einen einzelnen Raummodenlaser und insbesondere einen diodengepumpten Hochleistungs-Einzelmoden- bzw. Monomode-Faserbandlaser mit einem rechteckig geformten Kern, wobei Laserwellenleiter des Lasers Modenfilter verwenden, um Ausbreitungsmoden höherer Ordnung aus dem Kern zu entfernen.
2. Diskussion des verwandten Stands der Technik
Es besteht ein Bedarf in der Technik an einem elektrisch betriebenen Laser, der eine hohe Durchschnittsleistung aufweist, aber keine chemischen laseraktiven Stoffe oder Ausflüsse verwendet. Diese Arten von Lasern weisen viele Anwendungen auf, einschließlich militärischer Anwendungen gegen eine Vielzahl von Bedrohungen aus der Luft, wie beispielsweise ballistische Raketen, Marschflugkörper und taktische Flugkörper. Diodengepumpte Festkörperlaser, die ein Array bzw. Feld von Faserlaserwellenleitern oder -verstärkern verwenden, sind eine bekannte Laserart, die diese Anforderung erfüllt. Es wird eine praktische Technik benötigt, um Faserlaser in robuste Vorrichtungen ohne komplexe optische Komponenten umzuwandeln, um nützliche und erschwingliche Lasersysteme herzustellen.
Für Anwendungen dieser Art muss das Lasersystem typischerweise eine Faser oder einen Kern verwenden, die/der einen Einzelmodenlaserstrahl erzeugt. Das liegt daran, dass ein Einzelmoden- bzw. Monomode-Laserstrahl die höchste Intensität oder Leistung pro Einheitsfläche erzeugt, wenn der Strahl fokussiert wird. Wenn die Anzahl von transversalen Moden des Laserstrahls steigt, steigt als ein Ergebnis der Strahlbeugung auch die Größe des Strahlpunkts, der fokussiert werden kann. Dies verringert die Strahlleistung pro Flächeneinheit, was seine Intensität verringert.
Diodengepumpte zweifach ummantelte Ytterbium-dotierte Glasfaserlaser sind in der Technik dazu verwendet worden, Einzelmodenlaserstrahlen zu erzeugen, die allgemein eine Ausgabeleistung von bis zu 50 Watt aufweisen. Die Fasern in diesen Lasern verwenden typischerweise einen runden Kern mit einem Durchmesser in der Größenordnung von 5–8 Mikrometer, um den Einzelmodenlaserstrahl zu erzeugen. Eine innere Mantelschicht um den Kern herum fängt den Einzelmodenlaserstrahl im Kern ein, und eine äußere Mantelschicht reflektiert Pumplicht quer zum Kern, damit es absorbiert wird. Eine Diskussion über diese Art von Faserlasern kann in den Tagungsberichten einer Konferenz über hochentwickelte Festkörperlaser, einschließlich DiGiovanni, David J., "High Power Fiber Lasers and Amplifiers," Fibers and Waveguide Devices, 3. Februar 1999, Seiten 282–284, und Nilsson, J. et al., "Widely tunable high-power diode-pumped double-clad Yb3+-doped fiber laser," 3. Februar 1999, Fibers and Waveguide Devices, Seiten 285–287, gefunden werden.
Es ist in der Technik erwünscht, die Leistungsausgabe von Einzelmodenfaserlasern für bestimmte Anwendungen zu erhöhen. Die Leistungsausgabe des Lasers kann mittels Erhöhens der Länge des Kerns und Bereitstellens von mehr optischem Pumplicht erhöht werden. Jedoch weist das Material des Kerns Leistungsbeschränkungen auf, die, falls sie überschritten werden, das Kernmaterial beschädigen mögen. Mehr optische Leistung kann auch mittels Vergrößerns des Kerndurchmessers bereitgestellt werden. Jedoch beginnt sich die Erzeugung von Moden höherer Ordnung zu entwickeln, wenn der Kerndurchmesser steigt, und es wird zunehmend schwieriger, den Strahl auf eine einzelne Mode zu begrenzen. Sobald eine bestimmte Kerngröße erreicht ist, ist es nahezu unmöglich, die Ausbreitungsmoden auf eine einzelne Mode zu begrenzen. Ferner steigt auch die Wärme im Kern, wenn die Größe des Kerns und die Leistung steigen. Es ist bekannt, dass Kühlsysteme diese Wärmer verringern können, aber Kerne mit einem größeren Durchmesser machen es schwieriger, die Wärme vom Zentrum des Kerns abzuführen. Deshalb mag ein Wärmegradient durch den Kern hinweg bestehen, was bewirkt, dass der Laser in seiner Leistung abfällt.
Der Kern eines zweifach ummantelten Faserlasers neigt dazu, eine Länge in der Größenordnung von 50 m aufzuweisen. Daher ist der Kern typischerweise um eine Spindel gewickelt, um die Größe des Lasersystems zu verringern und dem Kern eine strukturelle Steifigkeit zu verleihen. Wenn die Größe des Kerns und des dazugehörigen Mantels steigt, wird es schwieriger, den Kern um die Spindel zu biegen und trotzdem eine Modensteuerung aufrechtzuerhalten, was zur Folge hat, dass die Spindel größer sein muss. Auch bestimmt die Größe des Kerns, wie eng der Kern um die Spindel gewickelt werden kann, bevor Spannungen eine Modensteuerung aufgrund eines Entweichens von Licht verringern oder unmöglich machen.
Was benötigt wird, ist ein Einzelmodenfaserlaser, der eine erhöhte Leistung gegenüber den im Stand der Technik bekannten Faserlasern aufweist, ohne eine Modensteuerung zu verlieren, und der eine effektive Laserkühlung ermöglicht. Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen solchen Laser bereitzustellen.
Die vorliegende Erfindung stellt einen Einzelmodenfaserlaser bereit, der eine Vielzahl von parallelen Wellenleitern aufweist, die eine Lage optischen Lichts erzeugen. Ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung sind in einem unabhängigen Vorrichtungsanspruch bzw. einem unabhängigen Verfahrensanspruch ausgeführt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung gemäß Anspruch 1 betrifft einen optischen Wellenleiter, welcher aufweist: a) einen Kern, wobei der Kern gegenüberliegende obere und untere Oberflächen und gegenüberliegende erste und zweite Seitenoberflächen umfasst, wobei die gegenüberliegenden oberen und unteren Oberflächen näher zueinander liegen als die gegenüberliegenden ersten und zweiten Seitenoberflächen, um so einen dünnen rechteckigen Kern zu bilden; b) eine erste Mantelschicht, die gegen die obere Oberfläche positioniert ist, und eine zweite Mantelschicht, die gegen die untere Oberfläche positioniert ist, wobei die erste und die zweite Mantelschicht eine optische Ausbreitungsmode im Kern einfangen; und c) ein erstes Modenfilter, das benachbart zu und in Kontakt mit der ersten Seitenoberfläche positioniert ist, und ein zweites Modenfilter, das benachbart zu und in Kontakt mit der zweiten Seitenoberfläche positioniert ist, und zwar in der Breitenabmessung des Kerns, wobei das erste und das zweite Modenfilter die optische Ausbreitungsmode in den Kern richten und andere Ausbreitungsmoden vom Kern weg richten. Bevorzugte Merkmale sind in den abhängigen Vorrichtungs- bzw. Verfahrensansprüchen dargelegt.
Zusätzliche Ziele, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung und den angehängten Ansprüchen in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen ersichtlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1(a) ist eine Draufsicht und 1(b) ist eine Rückansicht eines Einzelmodenfaserwellenleiters, einschließlich eines rechteckigen Kerns, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2(a) ist eine Draufsicht und 2(b) ist eine Rückansicht einer Vielzahl der in 1 gezeigten Faserwellenleiter, die miteinender verbunden sind, um ein Faserband zu bilden;
3–5 zeigen drei Techniken zum Seitenpumpen der in den 1 und 2 gezeigten Wellenleiter mit einem Diodenarray;
6 ist eine perspektivische Ansicht einer Laseranordnung, die das in 2 gezeigte Faserband verwendet; und
7 ist eine perspektivische Ansicht einer Vielzahl der in 6 gezeigten Laseranordnungen, die miteinander verbunden sind, um die Laserstrahlgröße zu erhöhen.
GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die folgende Diskussion der bevorzugten Ausführungsformen betreffend einen diodengepumpten Faserbandlaser ist lediglich beispielhafter Natur und ist keineswegs dazu vorgesehen, die Erfindung oder ihre Anwendungen oder Verwendungen einzuschränken.
1(a) ist eine Draufsicht und 1(b) ist eine Rückansicht eines optischen Wellenleiters 10, der in einem diodengepumpten Einzelmodenfaserlasersystem verwendet werden kann, wie nachstehend besprochen wird. Der Laserstrahl wird in einem rechteckig geformten Kern 12 oder Lasermedium verstärkt. In einer Ausführungsform ist der Kern 12 ein Ytterbium-dotiertes Glas, kann aber jegliches geeignete Lichtverstärkungsmedium sein, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist. Die rechteckige Form des Kerns 12 definiert eine dünne Struktur, wobei die schmale Dickenabmessung von der Oberseite zur Unterseite des Kerns 12 in der Größenordnung von 5–10 Mikrometer liegt, um eine Ausbreitung von nur einem Einzelmodenstrahl in der Dickenrichtung zu ermöglichen. Der Kern 12 ist an seiner oberen und seiner unteren Seite durch Stufenindex-Mantelschichten 14 und 16 begrenzt, um eine Ausbreitung für die optische Einzelausbreitungsmode bereitzustellen. In einer Ausführungsform sind die Mantelschichten 14 und 16 ein dotiertes Glas, das einen anderen Brechungsindex besitzt als der Kern 12, um zu bewirken, dass der Strahl, der in den Kern 12 läuft, gebrochen und zurück in den Kern 12 reflektiert wird. Der Kern 12 ist in einer Breitenabmessung bedeutend breiter, was es der Querschnittsfläche des Kerns 12 ermöglicht, größer zu sein als diejenigen bekannter Kerne in Einzelmodenfaserlasern, um die Leistungsausgabe des Laserstrahls zu erhöhen. Die Technik für ein Begrenzen der Ausbreitung eines Einzelmodenstrahls in der Breitenrichtung wird nun besprochen.
Ein erstes Modenfilter 18 ist entlang einer Seite des Kerns 12 bereitgestellt, und ein zweites Modenfilter 20 ist entlang der gegenüberliegenden Seite des Kerns 12 in der Breitenabmessung bereitgestellt. Die verschiedenen Ausbreitungsmoden, die durch den Kern 12 laufen mögen, erstrecken sich aus dem Kern 12 in der Breitenabmessung heraus und treten in die Modenfilter 18 und 20 ein. Die Modenfilter 18 und 20 können eine Reihe von dotierten Glasschichten aufweisen, die dazu optimiert sind, mit den verschiedenen Ausbreitungsmoden von optischem Licht im Kern 12 zu wechselzuwirken, um zu bewirken, dass die erwünschte Ausbreitungsmode das geringste Maß an Verlusten verzeichnet und dass die unerwünschten Ausbreitungsmoden oder Ausbreitungsmoden hoher Ordnung höhere Verluste erleiden. Die verschiedenen Schichten in den Modenfiltern 18 und 20 umfassen sich abwechselnde Bereiche hoher und niedriger Brechungsindizes, um Gitterschichten zu definieren, um diese Funktion bereitzustellen. Der Brechungsindex in den Modenfiltern 18 und 20 kann mittels verschiedener Dotierungsionen gesteuert werden. Die Modenfilter 18 und 20 können jegliche geeignete Führungsstruktur sein, die den hierin diskutierten Betrieb ausführt, wie beispielsweise ein Bragg-Gitter oder photonische Bandlückenmaterialien. Wie aus dem Stand der Technik bekannt, stellen photonische Bandlückenmaterialien eine Wechselwirkung von verschiedenen Brechungsindizes bereit, um es gestreuten optischen Strahlen zu ermöglichen, destruktiv und konstruktiv zu kombinieren, und zwar abhängig von ihrer Phasenbeziehung.
Eine erste Absorptionsschicht 22 ist benachbart zum Modenfilter 18 gegenüber dem Kern 12 positioniert, und eine zweite Absorptionsschicht 24 ist benachbart zum Modenfilter 20 gegenüber dem Kern 12 positioniert. Die Absorptionsschichten 22 und 24 wären auch aus dotiertem Quarzglas oder Glas hergestellt, wobei die Dotierungsionen die Wellenlängen des Laserlichts absorbieren. Die Absorptionsschichten 22 und 24 stellen keine Diskriminierung von Reflexionswinkeln bereit, sondern absorbieren alle Laserwellenlängen. Die Absorptionsschichten 22 und 24 können jegliche optische Absorptions-Glasmaterialien sein, die für die hierin beschriebenen Zwecke geeignet sind. Bei Betrieb des Wellenleiters 10 wird es der gewünschten Mode niedrigster Ordnung ermöglicht, sich den Kern 12 hinunter auszubreiten, und es wird bewirkt, dass die Moden höherer Ordnung durch die Absorptionsschichten 22 und 24 absorbiert werden.
Der Wellenleiter 10 ist die Hauptbaueinheit eines Faserbandlasers der Erfindung. 2(a) zeigt eine Draufsicht und 2(b) zeigt eine Rückansicht eines Faserbands 30, das eine Vielzahl der Wellenleiter 10 umfasst, die auf eine parallele Weise miteinander verbunden sind. Einer der Wellenleiter 10 ist mit den oben für 1 disku tierten Bezugszeichen bezeichnet, wobei zu beachten ist, dass die anderen parallelen Wellenleiter 10 die gleichen Komponenten aufweisen. Wie gezeigt, grenzen die Absorptionsschichten 22 und 24 an einer entsprechenden Absorptionsschicht 22 oder 24 eines benachbarten Wellenleiters 10 an. Die Absorptionsschichten 22 und 24 zwischen den Kernen 12 dämpfen zurückgewiesene Moden und steuern die Kopplung dazwischen. In diesem Beispiel sind sechs separate Wellenleiter 10 parallel zusammengefügt. Wie dem Fachmann ersichtlich sein wird, handelt es sich hierbei um ein nicht-beschränkendes Beispiel, so dass andere Ausgestaltungen mehr oder weniger Wellenleiter beinhalten mögen. Die Konfiguration der Wellenleiter 10, um das Faserband 30 zu bilden, ist dergestalt, dass sich eine Lage von parallelen Laserstrahlen aus dem Ende des Bands 30 heraus ausbreitet, wobei jeder Laserstrahl den gleichen Einzelmodenstrahl aufweist. Die geordnete Lage von Laserstrahlen kann effektiv mit einer Ausgabeoptik des Lasersystems koppeln und ausgerichtet werden, und zwar auf viel effektivere Weise als bei den ungeordneten, runden Faserlaserwellenleitern, die im Stand der Technik verwendet werden.
Eine äußere Umhüllung 32 umgibt die Wellenleiter 10, um das Band 30 zu definieren. Die obere Schicht der Umhüllung 32 ist in 2(a) nicht gezeigt, um die Wellenleiter 10 darunter freizulegen. Randreflektoren 34 und 36 sind in der äußeren Umhüllung 32 vorgesehen, um dazu beizutragen, das Laserpumplicht zu begrenzen, wie aus der nachfolgenden Diskussion deutlich wird. Die Randreflektoren 34 und 36 können jegliche geeignete reflektive Schicht sein, wie beispielsweise eine an den Seiten der Umhüllung 32 ausgebildete Metallschicht.
Wie aus dem Stand der Technik bekannt, wird Pumplicht in diesen Arten von Festkörperlasern benötigt, um die Atome im Kern 12 anzuregen, um das Laserlicht zu verstärken. Bekannte diodengepumpte Laser stellen allgemein das Pumplicht von einem Ende des Kerns aus bereit. In diesen Systemen wird manchmal eine komplexe Optik benötigt, um eine Kopplung sowohl des Pumplichts als auch des Laserlichts von derselben Position aus bereitzustellen. Erfindungsgemäß wird das Pumplicht von einer Seitenposition des Bands 30 aus bereitgestellt, um den Laser zu pumpen. Die 3 bis 5 sind Querschnittsansichten durch einen der Wellenleiter 10 des Bands 30 in Verbindung mit einer Pumpquelle. Die in den 3 bis 5 gezeigten verschiedenen Ausführungsformen zum Einbringen von Pumplicht in das Band 30 sollen zeigen, dass verschiedene Anwendungen zum Einbringen des Pumplichts in verschiedenen Ausgestaltungen verwendet werden können, und zwar abhängig von den jeweiligen Ausgestaltungsanforderungen. In den 3 bis 5 sind die verschiedenen Schichten der Wellenleiter 10 auf dieselbe Weise bezeichnet wie oben diskutiert.
In 3 ist ein Diodenbarren 40 einschließlich mehrerer Diodenarrays 42 bereitgestellt, wobei jedes Diodenarray 42 eine Vielzahl von Diodenemittern 44 umfasst. Jedes Diodenarray 42 erstreckt sich über das Band 30, so dass sich jeder Emitter 44 im Array 42 mit dem Kern 12 eines bestimmten Wellenleiters 10 ausrichtet. In diesem Beispiel sind vier Diodenarrays 42 im Diodenbarren 40 bereitgestellt, so dass jeder Wellenleiter 10 Pumplicht von vieren der Emitter 44 empfängt, um das nötige Pumpen für eine bestimmte Anwendung bereitzustellen. Jeder Diodenemitter 44 erzeugt einen Strahl von Pumplicht, der in Richtung einer Kollimatorlinse 46 gerichtet wird. In dieser Ausführungsform erstreckt sich jede Kollimatorlinse 46 für jedes Diodenarray 42 über das Band 30.
Das Pumplicht von den Diodenarrays 42 wird kollimiert und trifft auf ein geblaztes einheitliches Transmissionsgitter 48 auf, das in einem Abschnitt der äußeren Umhüllung 32 vorgesehen ist. Das Transmissionsgitter 48 bricht das Pumplicht von den Diodenarrays 42 so, dass es in den jeweiligen Wellenleiter 10 unter einem bestimmten Winkel eintritt. Das Transmissionsgitter 48 kann jegliches geeignete optische Material sein, welches das Pumplicht beugt. Beispielsweise kann das Transmissionsgitter 48 poliertes Glas sein, das eingeätzte Gitterlinien enthält. Der Winkel des Pumplichts, das sich durch den Wellenleiter 10 ausbreitet und der Unterschied in den Brechungsindizes der Umhüllung 32 und den Mantelschichten 14 und 16 stellen eine innere Totalreflexion bereit, um zu bewirken, dass das Pumplicht den Wellenleiter 10 hinunter und zurück reflektiert wird, so dass es den Kern 12, wie gezeigt, dauernd mehrere Male durchläuft. Die Wellenlänge des Pumplichts von den Diodenarrays 42 ist dergestalt, dass sie die Atome im Kern 12 anregt, so dass das meiste des Pumplichts schließlich vom Kern 12 absorbiert wird, um das Laserpumpen bereitzustellen. Die Randreflektoren 34 und 36 tragen dazu bei, das Pumplicht im Band 30 zu begrenzen bzw. zu halten, das sich zufällig aus den Seiten des Bands 30 heraus ausbreiten mag.
In der Ausführungsform von 4 ist der Barren 40 der Diodenarrays 42 bereitgestellt, aber die Kollimatorlinsen 46 fehlen. Zusätzlich zum Transmissionsgitter 48 ist ein Reflexionsgitter 50 in einer gegenüberliegenden Wand der Umhüllung 32 vorgesehen, um das Pumplicht im Wellenleiter 10 zu reflektieren. Da die Kollimatorlinsen 46 fehlen, weist das Transmissionsgitter 48 eine Gitterperiodizität in Bezug auf die Wellenlänge des Pumplichts auf, um zu bewirken, dass es in den Wellenleiter 10 hineinfokussiert wird. Mit anderen Worten wird das Pumplicht durch das Transmissionsgitter 48 gebrochen, um das Pumplicht den Wellenleiter 10 hinunter zu schicken. Das Reflexionsgitter 50 ist eine reflektive Oberfläche anstatt einer Transmissionsoberfläche, wobei die geätzten Linien im Gitter 50 bewirken, dass das Pumplicht unter einem Winkel reflektiert wird, der wünschenswert ist, damit das Pumplicht im Wellenleiter 10 durch totale innere Totalreflexion eingefangen wird.
In 5 ist der Barren 40 von Diodenarrays 42 durch einen Barren 52 von Diodenarrays 54 ersetzt, die Emitter 56 enthalten. Die Kollimatorlinse 46 fehlt in dieser Ausführungsform, und die Diodenarrays 54 sind relativ zum Wellenleiter 10 angewinkelt, so dass das Pumplicht in den Wellenleiter 10 durch Transmissionsgitter 58 auf eine erwünschte Weise eintritt, um ein optisches Pumpen des Kerns 12 bereitzustellen. Diese Ausführungsform stellt eine Anwendung mit einem segmentierten gechirpten Transmissionsgitter bereit, um das Pumplicht den Wellenleiter 10 hinunter auszusenden, so dass es darin eingefangen wird.
6 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Lasersystems 66, bei dem das Faserband 30 spiralförmig um eine zylindrische Spindel 68 herumgewickelt ist. Da das Faserband 30 in der Breitenabmessung relativ dünn ist, kann es relativ eng um die Spindel 68 herum gewickelt werden, um die Systemgröße zu verringern. Eine Röhre 70 erstreckt sich durch die Spindel 68, wobei die Spindel 68 als eine Wärmesenke wirkt, um es einer Kühlflüssigkeit zu ermöglichen, dorthindurch gepumpt zu werden, um die Faser 30 während des Laserbetriebs zu kühlen. Da die Spindel 68 eine erhebliche Oberflächenfläche aufweist und das Faserband 30 relativ dünn ist, kann eine angemessene Kühlung des Bands 30 mittels des Kühlmittels und der Spindel 68 bereitgestellt werden, um Wärmegradienten für eine gute Vorrichtungsleistung zu beseitigen.
Eine Kopplungsoptik 72 ist an einem Eingabeende des Faserbands 30 bereitgestellt, um den mittels des Faserbands 30 zu verstärkenden Eingabelaserstrahl zu koppeln. Eine Kopplungsoptik 74 ist an einem Ausgabeende des Faserbands 30 bereitgestellt, um den verstärkten Laserstrahl in die Ausgabeoptik des Lasersystems 66 einzukoppeln. Das optische Pumpen wird mittels einer Bank bzw. Reihe 76 von Diodenbarren 78 bereitgestellt. Jeder Diodenbarren 78 umfasst eine Vielzahl von Diodenarrays der oben diskutierten Art, wobei sich die Diodenarrays quer zum Band 30 erstrecken, so dass ein Diodenemitter mit jedem Kern 12 ausgerichtet wird. In dieser Ausführungsform sind die Diodenbarren 78 in einer Reihe entlang der Spindel 68 an jeder zweiten Wicklungsstelle vorgesehen, so dass ein optisches Pumpen jeden sicher vorbestimmten Abstand entlang des Faserbands 30 bereitgestellt wird. In anderen Ausführungsformen können die Diodenbarren 78 an verschiedenen Stellen um die Spin del 68 herum für verschiedene Pump- und andere Anwendungen vorgesehen sein. Ein Kühlsystem 80, einschließlich einer Kühlröhre 82, führt eine Kühlflüssigkeit, um die Diodenarrays 78 zu kühlen.
Die Konfiguration des oben diskutierten Lasersystems 66 stellt eine geeignete Länge des Faserbands 30 bereit, das in der Lage ist, eng um die Spindel 68 herumgewickelt zu werden, um eine kompakte Laseranordnung bei einer erhöhten Leistung gegenüber dem Stand der Technik bereitzustellen. Um die Leistung weiter zu erhöhen, können mehrere Laseranordnungen 66 bereitgestellt werden, um die Fasern zu stapeln. In 7 ist eine perspektivische Ansicht eines Arrays 86 von Lasersystemen 66 gezeigt, bei dem die Optik 74 die Ausgabe von einer Vielzahl von Bändern 30, hier sechs Bänder 30, wie gezeigt, zu einem einzigen Strahl koppelt.
Die obige Diskussion offenbart und beschreibt lediglich beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Der Fachmann wird leicht aus einer solchen Diskussion, den beiliegenden Zeichnungen und den Ansprüchen erkennen, dass verschieden Änderungen, Modifikationen und Variationen daran durchgeführt werden können, ohne vom Umfang der Erfindung, so wie sie in den nachfolgenden Ansprüchen definiert ist, abzuweichen. Eine zusätzliche Optik (nicht gezeigt) kann bereitgestellt werden, um den Ausgabestrahl von der Kopplungsoptik 74 für eine gewünschte Strahlform zu formen.

Claims

Optischer Wellenleiter (10), aufweisend: einen Kern (12), wobei der Kern (12) gegenüberliegende obere und untere Oberflächen und gegenüberliegende erste und zweite Seitenoberflächen umfasst, und wobei die gegenüberliegenden oberen und unteren Oberflächen näher zueinander liegen als die gegenüberliegenden ersten und zweiten Seitenoberflächen, um so einen dünnen rechteckigen Kern (12) zu bilden; eine erste Mantelschicht (14), die gegen die obere Oberfläche positioniert ist, und eine zweite Mantelschicht (16), die gegen die untere Oberfläche positioniert ist, wobei die untere und die obere Mantelschicht (14, 16) eine optische Ausbreitungsmode im Kern (12) einfangen; und ein erstes Modenfilter (18), das benachbart zu und in Kontakt mit der ersten Seitenoberfläche positioniert ist, und ein zweites Modenfilter (20), das benachbart zu und in Kontakt mit der zweiten Seitenoberfläche positioniert ist, und zwar in der Breitenabmessung des Kerns, wobei das erste und das zweite Modenfilter (18, 20) die optische Ausbreitungsmode in den Kern (12) richten und andere Ausbreitungsmoden vom Kern (12) weg richten.
Wellenleiter (10) nach Anspruch 1, bei dem das erste und das zweite Modenfilter (18, 20) eine Vielzahl von Schichten umfassen, einschließlich Schichten von abwechselnd hohen und niedrigen Brechungsindizes.
Wellenleiter (10) nach Anspruch 1, ferner aufweisend eine erste Absorptionsschicht (22), die benachbart zum ersten Modenfilter (18) und gegenüber dem Kern (12) positioniert ist, und eine zweite Absorptionsschicht (24), die benachbart zum zweiten Modenfilter (20) und gegenüber dem Kern (12) positioniert ist, wobei die erste und die zweite Absorptionsschicht (22, 24) die Ausbreitungsmoden dämpfen, die vom Kern (12) weg gerichtet werden.
Wellenleiter (10) nach Anspruch 1, bei dem die erste und die zweite Mantelschicht (14, 16) Stufenindex-Mantelschichten (14, 16) sind, welche eine Ausbreitung im Kern (12) auf eine einzelne Mode beschränken.
Wellenleiter (10) nach Anspruch 1, bei dem der Kern (12) aus einem Ytterbium-dotierten Glas hergestellt ist.
Verfahren zum Bereitstellen einer Ausbreitung einer Einzelmode eines Laser strahls einen optischen Wellenleiter (10) hinunter, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Ausbreiten des Strahls einen Kern (12) im Wellenleiter (10) hinunter, der gegenüberliegende obere und untere Oberflächen und gegenüberliegende erste und zweite Seitenoberflächen umfasst, wobei die gegenüberliegenden oberen und unteren Oberflächen näher zueinander liegen als die gegenüberliegenden ersten und zweiten Seitenoberflächen, um so einen dünnen rechteckigen Kern (12) zu bilden; Reflektieren des Laserstrahls weg von einer ersten Mantelschicht (14), die gegen die obere Oberfläche positioniert ist, und von einer zweiten Mantelschicht (16), die gegen die untere Oberfläche positioniert ist; Brechen der Einzelmode des Strahls in den Kern (12) mittels eines ersten Modenfilters (18), das benachbart zu und in Kontakt mit der ersten Seitenoberfläche positioniert ist, und eines zweitens Modenfilters (20), das benachbart zu und in Kontakt mit der zweiten Seitenoberfläche positioniert ist, und zwar in der Breitenabmessung des Kerns; und Brechen anderer Ausbreitungsmoden des Laserstrahls vom Kern (12) weg mittels des ersten und des zweiten Modenfilters (18, 20).
Verfahren nach Anspruch 6, ferner aufweisend den Schritt eines Absorbierens der anderen Ausbreitungsmoden des Laserstrahls, die vom Kern (12) weg geleitet werden, mittels optischer Absorptionsschichten (22, 24).
Verfahren nach Anspruch 6, ferner aufweisend den Schritt eines Pumpens des Kerns (12) mit Pumplicht durch die erste Mantelschicht (14).
Verfahren nach Anspruch 6, ferner aufweisend den Schritt eines Anfügens einer Vielzahl von Kernen (12) zusammen auf eine parallele Weise, um eine Vielzahl von Einzel modenlaserstrahlen bereitzustellen.