DE60208168T2 - Schmalbandige hochleistungsfaserlaser - Google Patents

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    • H01S3/067—Fibre lasers
    • H01S3/0675—Resonators including a grating structure, e.g. distributed Bragg reflectors [DBR] or distributed feedback [DFB] fibre lasers

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erhalten von Faserresonanzhohlräumen für schmalbandige Hochleistungsfaserlaser unter Verwendung von kurzen Fasern und durch Unterdrücken einer stimulierten Brillouin-Streuung.
  • Außerdem betrifft die Erfindung die Anwendung der oben genannten Resonatorverfahren auf Wasserstoff-geladene Raman-Faserlaser, wodurch die Möglichkeit einer Laseraktivität über einen erweiterten Wellenlängenbereich hinzugefügt wird. Die Verwendung von Wasserstoff als Raman-Fasermedium gewährleistet die breiteste Wellenlängenabdeckung für eine gegebene Laserpumpe.
  • Weiter betrifft die Erfindung die Herstellung von Mehrwellenlängen-Faserlasern entweder mit einer einzelnen Pumpe oder mit mehreren Pumpen.
  • Derzeitige schmalbandige Festkörperlaser sind nur bei sehr engen diskreten Wellenlängen für die interessierenden Energiebereiche erhältlich. Die Diodenlaser können aufgrund ihrer besonderer Quantennatur Emissionslinien nur in engen Fenstern des Spektrums erzeugen.
  • Das übliche Verfahren, um eine Laseraktivität bei Wellenfängen, die nicht direkt durch die Diodenlaser erreicht werden, zu erreichen, ist die Verwendung der Diodenlaser als Pumpen, die ein Lasermedium beleuchten. Die Absorptions- und Fluoreszenzspektren des Lasermediums sind in der Wellenlänge verschoben, sodass die Pumpenergie absorbiert wird und dann bei einer anderen Wellenlänge, die durch einen Resonatorhohlraum oder durch einen Keimlaser in einem Faserlaserverstärker definiert ist, stimuliert emittiert. Der Wirkungsgrad des Prozesses kann Niveaus von 30 bis 40% erreichen, was deutlich verbessert wird, falls das Lasermedium sich in einem Resonanzhohlraum befindet.
  • Kristallmaterialien von Laserverstärkern, entweder als Masse oder als Dotierung in Faserkernen, können die Wellenlängenabdeckung von Energielasern erweitern, aber wieder nur für enge und diskrete Wellenlängen, die mit dem Atomübergang der Laserelemente, üblicherweise in einem Gastmedium eingebettete Ionen seltener Erden, zusammenhängen.
  • In den letzten Jahren wurden Hohlleiter (Einmoden) – Faserkerne als Wirte für Lasermaterialien verwendet. Es gibt zahlreiche Vorteile bei der Benutzung eines Faserhohlleiters, einschließlich der extrem hohen Konzentration der Pumpenergien. Zum Beispiel entspricht 1 W Dauerstrich (CW) Pumpenergie einer Dichte von 5 MW/cm2 in einer 5μ-Kernfaser.
  • Eine derart hohe Konzentration erlaubt die Nutzung von sehr effizienten, nicht-linearen Effekten in der Faser, wie beispielsweise dem stimulierten Raman-Effekt, mit berichteten Konversionswirkungsgraden im Bereich von 40 bis 80%. Im Raman-Effekt wird Energie von den Pumplaserphotonen auf die Schwingungsbänder der Atome oder Moleküle des Lasermaterials übertragen. Das Absorptionsspektrum der Schwingungsbänder ist extrem breit, im Vergleich zu normalen Lasermedien (im Bereich von nm). Der Energieverlust zum Anregen der Schwingungsbänder wird den Pumpphotonen abgezogen, die in den Wellenlängen nach rot verschoben werden. Falls das Raman-Lasermedium ein in einem Freiraumresonatorhohlraum eingesetzter Raman-Kristall ist, wird die emittierte Laserlinienbandbreite durch die Hohlraumeigenschaften bestimmt und es gibt im Prinzip keine Beschränkungen der Linienbreite. Jedoch begrenzt aus anderen Gründen ein thermischer Effekt in dem Raman-Kristall das Erreichen hoher Laserenergien, während dies keine Grenze in optischen Fasern ist. In den letzten Jahren wurden Germaniumsilikat (reine oder dotierte Kerne) – Raman-Fasern entwickelt, und Raman-Verstärker mit Fasern breiter Linien sind bereits auf dem Markt, mit Energien von bis zu mehreren zehn Watt CW für den nahen Infrarotbereich. Die Verwendung von Wasserstoff als Raman-Medium wurde in Freiraumhohlräumen mit hohem Druck (100 bar) und hoher Feinheit demonstriert.
  • Das Grundproblem von Raman-Faserlasern ist, dass sie bisher keine Laser mit engen Linienbreiten hoher Energien liefern können. Dies ist tatsächlich eine Haupteinschränkung für kommerzielle Leistungslaseranwendungen. Die breitbandigen Pumpdiodenlaser sind nicht das Problem, aber bis zu dieser Erfindung war es der Resonator enger Linienbreite.
  • Mit einer engen Laserlinienbreite in dem Faserhohlleiter entzieht ein konkurrierender nicht-linearer Effekt, die stimulierte Brillouin-Streuung (SBS), Energie aus den Phononen erzeugenden Laserphotonen oder stehenden akustischen Wellen im Glas. Die stehende Welle erzeugt ein Dichtegitter, das sehr effektiv bis zu 80% der Laserenergie in der Faser zurückwerfen kann. Die Parameter, die diese nicht-linearen Prozesse der stimulierten Raman-Streuung und der stimulierten Brillouin-Streuung im Hohlleiter regulieren, sind ähnlich: effektiver Modenfelddurchmesser, Faserlänge und Linienbreite. Der Faserresonator, der die Laserstrahlung vor und zurück schickt, erhöht die Energiedichte um einen Faktor proportional zur Feinheit des Hohlraums. Die Energiedichteverbesserung erhöht den Wirkungsgrad der Raman- und Brillouin-Prozesse. Sobald die Laserlinienbreite eng ist, wird der stimulierte Brillouin-Streuprozess sehr effektiv, typischerweise 100 Mal effektiver als der Raman-Prozess, und ein herkömmlicher schmalbandiger Hochleistungsfaserlaser wird unpraktisch. Dies ist der Hauptgrund für das Versagen einiger versuchter Konstruktionen.
  • Falls dagegen schmalbandige Feststoff-Raman-Faserlaser basierend auf einem Raman-Medium, das eine breite Wellenlänge abdeckt, hergestellt werden können, haben sie das Potenzial für eine beinahe volle Bandbreitenabdeckung, selbst mit derzeit existierenden Diodenlaserpumpen.
  • Es ist wichtig, zu beachten, dass sich die nicht-linearen Raman- und Brillouin-Effekte auch durch die Wellenlängenverschiebung unterscheiden, die sie in den Laserphotonen bewirken. Dies wird bei dieser innovativen Faserresonatorlaserkonstruktion ausgenutzt, um schmalbandige Hochleistungslaser mit hohen Konversionswirkungsgraden zu bekommen.
  • Ein Faserlaserhohlraum kann zum Beispiel durch Schreiben von Bragg-Gittern hergestellt werden. Diese werden in das Faserkernglas geschrieben und können nun Resonatorhohlräume mit extrem hoher Feinheit und Linienbreiten bis hinab zu 10 kHz erzeugen. Eine genaue Abstimmung wird durch Dehnen der Perioden der Bragg-Gitter am Resonatorende entweder mechanisch oder thermisch erzielt. Eine Servosteuerung kann auf eine Wellenlängenreferenz verriegelt werden, was die Ausgangsfrequenz stabilisiert.
  • Um die Herstellung von Bragg-Fasergittern zu verbessern, werden die Fasern durch einen Diffusionsprozess mit Wasserstoff geladen. Um später einen der erfindungsgemäßen Ansprüche zu erklären, ist zu beachten, dass sich die Wasserstoffmoleküle im Glas verhalten, als ob das Glas auf hohen Drücken ist, was das Raman-Profil sehr stark erweitert.
  • Aus dem US-Patent Nr. 6,041,070 ist ein Faserlaser oder Faserverstärker bekannt, der ein Resonanzpumpen des Verstärkungsmediums durch Vorsehen eines Pumpresonators benutzt, der einen Resonatorhohlraum an der Pumpwellenlänge einrichtet, welche das gepumpte Verstärkungsmedium enthält. Der Pumpresonator kann von einer Konstruktion des Typs verteilter Rückkopplung (DFB) oder des verteilten Bragg-Reflektors (DBR) sein und kann mit einer Signalreflexionsvorrichtung einer Konstruktion entweder des DFB- oder DBR-Typs kombiniert sein, die eine Oszillation der gewünschten Laserausgangswellenlänge vorsieht. Die Resonanzpumplaser können in Reihe angeordnet werden, um eine Laservorrichtung mit einer auswählbaren Ausgangswellenlänge vorzusehen. Die verschiedenen Laserstufen sehen jeweils eine Resonanz für eine unterschiedliche Pumpwellenlänge vor und sehen jeweils eine Resonanz für eine unterschiedliche Signalwellenlänge vor. So schwingt ein spezieller Pumpwellenlängeneingang zur Reihenanordnung nur in einer der Laserstufen und pumpt deshalb nur das Verstärkungsmedium dieser Stufe, was es erlaubt, seine einzigartige Signalwellenlänge auszugeben. Die Ausgangssignale von jeder Laserstufe können aus der Reihenanordnung mit wellenlängenselektiven optischen Kopplern, die jeweils zu einer unterschiedlichen Laserstufe gehören, ausgekoppelt werden.
  • Aus der europäischen Patentanmeldung EP 0 784 217 A1 sind ein Raman-Faserlaser, der bei der Wellenlänge von 1,24 μm und 1,48 μm emittiert, und eine Einrichtung zum Verbessern des Strahlungskonversionswirkungsgrades bei der Raman-Streuung bekannt. Der bei einer Wellenlänge von 1,24 μm emittierende Laser weist eine Pumpquelle, eine Lichtleitfaser mit P2O5 in einer Menge von 1 bis 30 Mol-%, wobei Teile einer Lichtleitfaser GeO2 in einer Menge von 11 bis 39 Mol-% enthalten, und optische Bragg-Fasergitter auf. Das Gitter auf der Pumpseite bildet einen blanken verteilten Reflektor eines optischen Resonators für eine erste Stokessche Komponente. Das zweite Gitter bildet den verteilten Ausgangsreflektor für den gleichen Resonator. Die erste Stokessche Komponente wird am Ausgang abgeleitet. In einem bei einer Wellenlänge von 1,48 μm emittierenden Raman-Faserlaser wird eine zweite Stokessche Komponente abgeleitet. Eine Änderung im Brechungsindex in einem Teil einer Hohlleiterfaser wird durch Richten einer Laserstrahlung mit einer Wellenlänge von 270 bis 390 nm darauf erzielt, die durch eine Polymer-Schutzhülle der Hohlleiterfaser gelangt.
  • Die Hauptnachteile der oben beschriebenen Raman-Faserlaser sind insbesondere die breite Linienbreite, die eingeschränkte Wellenlängenabdeckung, welche auf zwei diskrete Wellenlängen beschränkt ist. Außerdem ist der Verstärkungsfaktor der zweiten und der sechsten Stokesschen Komponenten aufgrund eines geringen Wirkungsgrades der Raman-Streuung höherer Ordnung relativ niedrig, was zu einer geringen Energieextraktion im Laser führt.
  • Es ist deshalb die Aufgabe der Erfindung, einen Faserfaser einer relativ hohen Energie und einer engen Linienbreite für eine erweiterte Wellenlängenabdeckung im sichtbaren und im nahen Infrarot-Spektralbereich vorzusehen.
  • Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, die Breite des Laserspektralbereichs, der für einen Raman-Faserlaser zur Verfügung steht, mit der Möglichkeit von Laserausgängen mit mehreren Linien zu verbessern.
  • Eine noch weitere Aufgabe ist die Verbesserung des Verstärkungsfaktors der stimulierten Raman-Streuung, um eine höhere Laserenergie der dotierten Faser zu erhalten.
  • Diese Aufgaben werden durch einen Faserlaser nach Anspruch 1 gelöst. Weiterentwicklungen des erfindungsgemäßen Faserlasers sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
  • Der erfindungsgemäße Faserlaser weist eine mit molekularem Wasserstoff dotierte Lichtleitfaser und wenigstens zwei Resonatoren für die Laserpumpe und die gewünschte Laserwellenlänge, die jeweils zwei unabhängig einstellbare Bragg-Gitter aufweisen, auf. Durch Verbessern der stimulierten Raman-Streuung (SRS) und Unterdrücken der konkurrierenden stimulierten Brillouin-Streuung (SBS) kann man einen schmalbandigen Hochenergie-Raman-Leistungslaser mit einer beinahe vollständigen Wellenlängenabdeckung im sichtbaren und im nahen Infrarot-Teil des Spektrums erhalten.
  • Anwendungen des Faserlasers mit einer Wellenlänge der Erfindung sind zum Beispiel in der Spektroskopie, der selektiven Präzisionschirurgie, Laser Guide Stars für adaptive Optiken und in Lidar-Systemen.
  • Die Erfindung wird durch das Studium der beiliegenden Zeichnungen besser verständlich. Dabei zeigen:
  • 1 ein Diagramm des möglichen Wellenlängenbereichs, der durch einen Stokesschen Raman-Faserlaser erster Ordnung gemäß der Erfindung abgedeckt wird;
  • 2 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Raman-Faserlasers gemäß der Erfindung;
  • 3 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Raman-Faserlasers gemäß der Erfindung; und
  • 4 ein drittes Ausführungsbeispiel eines Raman-Faserlasers gemäß der Erfindung.
  • 1 zeigt ein Diagramm des sichtbaren und des nahen Infrarot-Spektrums mit der Wellenlängenabdeckung eines Wasserstoff-Raman-Faserlasers gemäß der Erfindung. Die Wellenlänge ist in nm angegeben.
  • Der obere Teil des Diagramms zeigt die Spektrallinien des üblichsten Diodenpumplasers, der zum Pumpen des erfindungsgemäßen Raman-Faserlasers geeignet ist. Jede der Spektrallinien gehört zu einer unterschiedlichen Pumpquelle. Einschließlich Frequenzverdopplung liegt der durch die Pumpen abgedeckte Wellenlängenbereich zwischen 400 nm und 1.700 nm.
  • Der untere Teil des Diagramms zeigt die entsprechenden rotverschobenen und verbreiterten Spektrallinien eines erfindungsgemäßen, mit Wasserstoff geladenen Stokesschen Raman-Lasers erster Ordnung, der mit molekularem Wasserstoff hohen Drucks dotiert ist. Jedes Ausgangswellenlängenband entspricht einer der obigen Pumpquellen. Der Satz Pumpquellen ist nicht auf die oben gegebenen Beispiele be schränkt; mit geeigneten Pumpen kann der gesamte Wellenlängenbereich abgedeckt werden.
  • Die Verbreiterung und die Rotverschiebung der Spektrallinien des Ausgangs werden durch den Raman-Effekt in Wechselwirkung mit der molekularen Wasserstoffdotierung in der Lichtleitfaser erzeugt. Der Wasserstoff kann in die Faser zum Beispiel durch einen Diffusionsprozess in einer H2-Atmosphäre unter Drücken, die 100 bar übersteigen, geladen werden. Die Wasserstoffmoleküle können durch eine äußere Beschichtung der Faser, die durch eine Schicht aus Metall oder Kohlenstoff gebildet ist, dauerhaft in der Faser gehalten werden. Andererseits kann die Faser in einer geeigneten kleinen Wasserstoffzelle gehalten werden, wo die Faserenden in der Zelle eingeschlossen sind.
  • 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Raman-Faserlasers, der mit H2 dotiert ist. Der Raman-Faserlaser weist einen frequenzverdoppelten Pumplaser 1 auf, der bei einer Wellenlänge von 947,2 nm emittiert. Die Pumpquelle basiert auf einem Diodenlaser, der durch einen Neodym-Kristall gepumpt wird. Ein Isolator 2 leitet das Licht bei der einen Wellenlänge von 473,6 nm in eine Lichtleitfaser 3. Die Lichtleitfaser 3 ist eine Einmodenfaser. Die Länge der Faser liegt in der Größenordnung von 10 bis 100 m, sodass sie deutlich kürzer als Fasern herkömmlicher Raman-Faserlaser ist, die eine Länge von 1.000 m und mehr erreichen.
  • Der Raman-Faserlaser weist ferner zwei Resonatoren 4 und 5 auf, die jeweils aus einem ersten Bragg-Gitter 6 und 8 und einem zweiten Bragg-Gitter 7 und 9 bestehen, wobei die Bragg-Gitter 6, 7 und 8 starke Reflektoren für die optischen Resonatoren 4 und 5 bilden, während das Bragg-Gitter 9 als ein Ausgangskoppler ausgebildet ist.
  • In dem in 2 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Raman-Faserlasers ist die gewünschte Wellenlänge, die am Ausgangskoppler 9 ausgekoppelt wird, jene der Natrium-D2-Linie bei 589,0 nm.
  • Die folgende Tabelle zeigt einen Überblick der Merkmale der Teile des ersten Ausführungsbeispiels des Raman-Faserlasers.
  • Figure 00070001
  • Figure 00080001
  • Der aus dem Ausgangskoppler 9 und einem starken Reflektor 7 bestehende zweite Resonator 5 bringt die rotverschobene Verstärkung der ersten Stokesschen Komponente der Raman-gestreuten Pumpwellenlänge in Resonanz. Gemäß der Erfindung sind die Bragg-Gitter 7 und 9 bei der ersten Stokesschen Komponente des Raman-Streulichts reflektierend und für die Brillouin-Streukomponenten durchlässig. So wird die Wellenlänge der Raman-gestreuten Stokesschen Komponenten in Resonanz gebracht und startet die Lasertätigkeit, während die Brillouin-Komponenten den Resonator ohne Resonanz oder Lasertätigkeit verlassen.
  • Dies ist das Schlüsselelement des Teils der Erfindung für schmalbandige Hochleistungsfaserresonatoren. Ohne dieses Schlüsselelement ist die stimulierte Brillouin-Streuverstärkung über die Raman-Verstärkung z.B. in Quarzglas um einen Faktor von ungefähr 20 dominant. Eine Vergrößerung um große Faktoren der stimulierten Raman-Streuverstärkung über die stimulierte Brillouin-Streuverstärkung ist nun mit den gemäß der Erfindung konstruierten Bragg-Gittern mit Feinheiten von bis zu 104 möglich.
  • In diesem Ausführungsbeispiel beträgt die Raman-Verstärkungskonstante von Wasserstoff-geladenem Quarzglas bei 473,6 nm gR,O = 9,3 × 10–14 m/W. Die stimulierte Brillouin-Streuverstärkungskonstante bei 589 nm beträgt für eine die Polarisation bewahrende Quarzglasfaser und ein schmalbandiges Pumplicht gB,O = 5 × 10–11 m/W. Für eine Linienbreite von 0,5 GHz bei 589 nm wird die stimulierte Brillouin-Streuverstärkungskonstante um einen Faktor von etwa 5 reduziert. So beträgt das Verhältnis gB,O/gR,O hier etwa 100, mit einer Dominanz der stimulierten Brillouin-Streuung. Die Raman-Photonen erster Stokesscher Ordnung sehen eine effektive Länge der Faser, die um einen Faktor proportional zur Feinheit länger als für die Brillouin-Photonen ist. Dies deshalb, weil die Brillouin-Photonen durch die Bragg-Gitter nicht reflektiert werden, sondern in Resonanz gebracht werden. Dies erlaubt eine Umkehrung der natürlichen Situation, was die effektive Raman-Verstärkung größer als die Brillouin-Verstärkung macht. Dies erlaubt einen schmalbandigen Hochleistungsbetrieb des Faserlasers.
  • Das Abstimmen und Verriegeln des Lasers kann mittels Wellenmessern oder anderen Frequenzsensoren erreicht werden, um eine Servorsteuerung zum Verriegeln der Laserfrequenz anzutreiben. Die Servorsteuerung wirkt durch Dehnen der Perioden der Bragg-Gitter entweder thermisch oder mechanisch. Man beachte, dass dieses Schema modular ist und auf Laser mit mehreren Wellenlängen erweitert werden kann.
  • 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines Raman-Faserlasers gemäß der Erfindung.
  • Das Ziel des zweiten Ausführungsbeispiel ist es, zu zeigen, dass verschiedene Pumpschemata für die gleiche Ausgangsfrequenz gewählt werden können, in Abhängigkeit von den gewünschten Ausgangsenergieniveaus.
  • Eine Infrarot-Diodenlaserpumpquelle 1 einer Wellenlänge von 792,0 nm wird zum Pumpen benutzt. Das Licht der Pumpquelle wird über den Isolator 2 in die Einmoden-Lichtleitfaser 3 geleitet. Die Faser kann in der gleichen Weise wie im ersten Ausführungsbeispiel beschrieben konstruiert sein.
  • Das vorliegende Ausführungsbeispiel weist zwei verschachtelte Resonatoren 4 und 5 auf, die jeweils aus zwei Bragg-Gittern 6, 8 und 7, 9 bestehen, wobei das erste Bragg-Gitter 7 des zweiten Resonators 5, welches die Stokesschen Komponenten in Resonanz bringt, zwischen dem ersten Bragg-Gitter 6 und dem zweiten Bragg-Gitter 8 des Pumpresonators 4 angeordnet ist.
  • Ein Generator der zweiten Harmonischen 10 erzeugt die gewünschte Wellenlänge von 589,0 nm aus der Stokesschen Komponente erster Ordnung der Raman-Streuung, die bei einer Wellenlänge von 1.178,0 nm in Resonanz gebracht wird, durch die Verwendung eines dichroitischen Strahlteilers 11. Eine Modenanpassungslinse 12 ist zwischen dem Bragg-Gitter 8 und dem Generator für die zweite Harmonische 10 für die Bearbeitung des Laserstrahls notwendig.
  • 4 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel eines Raman-Faserlasers gemäß der Erfindung. Anstelle einer mit Wasserstoff dotierten Einmodenfaser wird ein mit Infrarot gepumpter frequenzverdoppelter Germaniumsilikat-Raman-Intrakavitätslaser für die Wellenlänge von 589,0 nm verwendet, der bestimmte Bragg-Gitter für sowohl die Pumpe als auch die Stokessche Welle erster Ordnung benutzt. Die Pumpquelle 1 kann insbesondere ein mit Ytterbium dotierter Faserlaser sein, der bei 1.113,7 nm emittiert.
  • Der Grundaufbau des Raman-Lasers ist ähnlich dem in dem in 3 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel beschriebenen Aufbau. Das Ziel des dritten Ausführungsbeispiels ist es, die Vielseitigkeit des erfindungsgemäßen Bragg-Gitterschemas, welches für verschiedene Faserdotiermittel verwendet werden kann, für verschiedene Pumpwellenlängenbereiche zu zeigen.
  • Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern ist zum Beispiel auch auf mehr Sätze von Bragg-Gittern, die weitere Resonatoren für einen Mehrlinien-Laserausgang aus einer Faser bilden, anwendbar.
  • Tatsächlich kann das Merkmal der Resonanz nur einer Wellenlänge weiter erweitert werden, um Laserresonatoren mehrerer Wellenlängen in der gleichen Faser zu erzeugen. Dies ist realistisch, weil Einmoden-Faserresonatoren in der virtuellen Anordnung frei sind. Bragg-Reflektoren verschiedener Wellenlängen können in verschiedene Abschnitte der gleichen Faser geschrieben werden, und nicht-reflektierte Resonanzwellenlängen werden an jedem Bragg-Gitter übertragen. Die Resonanzhohlräume haben eine Außenschalengeometrie und werden durch Dehnen der Perioden der Bragg-Gitter entweder thermisch oder mechanisch in Kaskaden abgestimmt. Ein modularer globaler Steueralgorithmus muss angewendet werden, was in der Servosteuertheorie ziemlich üblich ist. Wellenmesser oder Frequenzsensoren treiben die Servorsteuerung an, um die Frequenz des Lasers zu verriegeln.
  • Da die Raman-Verstärkung mit Wasserstoff im Glas sehr breit ist, kann eine einzelne Pumpe mehrere Laserwellenlängen in dem Raman-Verstärkungsprofil bedienen. Sonst sind auch mehrfach gepumpte Schemata möglich, um die emittierten Linienbereiche zu erweitern.
  • Wichtige Beispiele von Anwendungen für den erfindungsgemäßen schmalbandigen Mehrlinien-Hochleistungsfaserlaser sind in der Mehrlinien-Spektroskopie, zum Beispiel beim DNA-Screening, wo Laser mit vier sichtbaren Wellenlängen gleichzeitig erforderlich sind; oder bei der Telekommunikation, wo die Hochleistungs-Mehrfachübertragungskanäle die Senderkomplexität reduzieren; oder in der Industrie großer Anzeigen, wo die RGB oder äquivalente Farben erforderlich sind.

Claims (13)

  1. Faserlaser mit einer Lichtleitfaser (3) mit einem aktiven Medium, einem Laser als Pumpquelle (1) und einem ersten Paar Bragg-Gitter (6, 8), die einen ersten Resonator (4) bilden, wobei das erste Paar Bragg-Gitter (6, 8) den Pumplaser (1) in Resonanz bringt und ein zweites Paar Bragg-Gitter (7, 9) vorgesehen ist, die einen zweiten Resonator (5) bilden und bei der Ausgangswellenlänge des Faserlasers schwingen, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Paar Bragg-Gitter (7, 9) bei ersten Stokesschen Komponenten von Raman-Streulicht reflektierend und für Brillouin-Streukomponenten durchlässig ist, sodass die Brillouin-Streukomponenten den zweiten Resonator (5) ohne Eigenschwingung oder Lasertätigkeit verlassen.
  2. Faserlaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiteres Paar Bragg-Gitter vorgesehen ist, das bei einer weiteren Ausgangswellenlänge des Faserlasers schwingt.
  3. Faserlaser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Faserlaser den Raman-Effekt nutzt und das zweite und das weitere Paar Bragg-Gitter (7, 9) einen selektiv schwingenden Resonator (5) bilden, der an dem Hauptmaterial der Lichtleitfaser (3) gestreute Brillouin-Streuphotonen extrahiert.
  4. Faserlaser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das aktive Medium eine Störstellendotierung mit molekularem Wasserstoff ist.
  5. Faserlaser nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der durch die Paare von Bragg-Gittern (6, 8; 7, 9) gebildeten Resonatoren (4, 5) in einer Weise angeordnet ist, dass ein Hohlraum der Lichtleitfaser (3), der zu jedem der Resonatoren (4, 5) gehört, unabhängig voneinander abstimmbar ist.
  6. Faserlaser nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Lichtleitfaser (3) zwischen 10 und 100 Meter beträgt.
  7. Faserfaser nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Faser auf Quarzglas basiert.
  8. Faserlaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtleitfaser (3) molekularen Wasserstoff als Störstellendotierung enthält.
  9. Faserlaser nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der molekulare Wasserstoff in die Lichtleitfaser (3) durch Diffusion aus einer Atmosphäre mit molekularem Wasserstoff geladen worden ist.
  10. Faserlaser nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Atmosphäre mit molekularem Wasserstoff zum Laden der Lichtleitfaser auf einem Druck = 100 bar gehalten worden ist.
  11. Faserlaser nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtleitfaser (3) durch eine Außenbeschichtung aus Metall oder Kohlenstoff hermetisch abgedichtet ist.
  12. Faserlaser nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallbeschichtung aus Aluminium (Al) oder Kupfer (Cu) oder Gold (Au) besteht.
  13. Faserlaser nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eines der den zweiten Resonator (5) bildenden Bragg-Gitter (7, 9) als ein Ausgangskoppler (9) konstruiert ist.
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