EP4165737A1 - Fiber amplifier or fiber laser - Google Patents

Fiber amplifier or fiber laser

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Publication number
EP4165737A1
EP4165737A1 EP21733391.3A EP21733391A EP4165737A1 EP 4165737 A1 EP4165737 A1 EP 4165737A1 EP 21733391 A EP21733391 A EP 21733391A EP 4165737 A1 EP4165737 A1 EP 4165737A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pump light
fiber
laser
glass fiber
active glass
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21733391.3A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Thomas Theeg
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fiberbridge Photonics GmbH
Original Assignee
Fiberbridge Photonics GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fiberbridge Photonics GmbH filed Critical Fiberbridge Photonics GmbH
Publication of EP4165737A1 publication Critical patent/EP4165737A1/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/091Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
    • H01S3/094Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
    • H01S3/094003Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light the pumped medium being a fibre
    • H01S3/094007Cladding pumping, i.e. pump light propagating in a clad surrounding the active core
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/06Construction or shape of active medium
    • H01S3/063Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
    • H01S3/067Fibre lasers
    • H01S3/0675Resonators including a grating structure, e.g. distributed Bragg reflectors [DBR] or distributed feedback [DFB] fibre lasers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/06Construction or shape of active medium
    • H01S3/063Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
    • H01S3/067Fibre lasers
    • H01S3/06754Fibre amplifiers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/091Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
    • H01S3/094Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
    • H01S3/094003Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light the pumped medium being a fibre

Definitions

  • the present invention relates to a fiber amplifier or a fiber laser according to the preamble of claim 1 and a laser system with such a fiber amplifier and / or with such a fiber laser according to claim 14.
  • Glass fibers are usually drawn as thin threads from a glass melt, so that a glass fiber is a long, thin fiber made of glass.
  • Glass fibers can be used, for example, as a textile fabric for thermal insulation and / or for sound insulation. Short pieces of glass fiber are also usually mixed with plastics in order to improve their mechanical properties; such components can be referred to as glass fiber reinforced plastics.
  • glass fibers are used for light transmission.
  • glass fibers are used for data transmission by means of light; in this case the glass fibers can also be referred to as optical waveguides or as passive glass fibers.
  • Glass fibers are also used in medicine, for example, for lighting and for generating images, for example in microscopes, in inspection cameras and in endoscopes.
  • glass fibers are used in sensors, which can then be referred to as fiber optic sensors.
  • the laser radiation can be conducted as signal light radiation by means of a passive glass fiber from a laser radiation source as a signal light source or as a signal light radiation source to a processing point, for example in material processing or in medicine Cutting or welding.
  • the laser beam can also be supplied as laser radiation in this way, for example in measurement technology, in microscopy or in spectroscopy, to a sample, for example.
  • Passive glass fibers can be used to conduct a laser beam, for example, in mechanical engineering, telecommunications, medical technology and sensor technology. Glass fibers can also be used to generate or amplify laser light and are referred to as active glass fibers.
  • Fiber lasers for generating laser light or fiber amplifiers for amplifying laser light have a doped fiber core in sections (see below) which forms the active medium of the fiber laser or the fiber amplifier, ie its active glass fiber.
  • Customary doping elements of the laser-active fiber core are in particular neodymium, ytterbium, erbium, thulium and holmium.
  • Such fiber amplifiers are usually pumped optically by coupling additional radiation, for example from diode lasers or other radiation sources, as pump light into the fiber cladding or directly into the fiber core, parallel to the signal light fed into the fiber core from outside.
  • additional radiation for example from diode lasers or other radiation sources
  • the pump light in a fiber amplifier is radiated into the active glass fiber in the direction of propagation of the signal to be amplified, it is typically referred to as "forward pumping". If the pump light is radiated into the active glass fiber against the direction of propagation of the signal to be amplified, it is typically referred to as “backward Pumping ". This can also take place as “bidirectional pumping" in both directions.
  • the laser radiation which is guided through the laser-active fiber is usually very intensified due to the great length of the active glass fiber.
  • the pump light from diode lasers or other radiation sources is also coupled into the fiber cladding or directly into the fiber core, so that the laser radiation is generated and amplified directly within the glass fiber.
  • a signal light source outside the fiber laser can therefore be dispensed with.
  • the signal light is reflected as completely as possible at one end of the glass fiber and to a certain extent at the opposite end and is also coupled out to the outside of the fiber laser.
  • So-called fiber Bragg gratings (FBG) are usually introduced into the fiber core as reflectors or mirror elements, which are usually called “high reflective” (HR), ie as highly reflective fiber Bragg grating, and as "output coupler" (OC ), d. H. referred to as the low reflectivity of the fiber Bragg grating.
  • the two reflectors (HR and OC) then form the resonator for generating the laser radiation as signal light from the fiber laser.
  • Glass fibers which are used to amplify the signal light such as the laser radiation in fiber amplifiers or to generate laser radiation in fiber lasers, usually have a fiber core, which consists of pure glass such as pure quartz glass and in the case of passive glass fibers is often doped with germanium; In the case of active glass fibers, doping as described above is usually used. In certain cases, the fiber cladding can also be doped; this applies to passive and active glass fibers. Depending on the size and the numerical aperture of the fiber core, a distinction can be made between single-mode and multi-mode glass fibers. In addition, the fiber core can still have polarization-maintaining properties for the light.
  • the fiber core is usually radially from the outside of at least a fiber cladding (English: fiber cladding), which is usually closed in the circumferential direction and thus completely surrounds the fiber core, apart from the two open ends of the glass fiber.
  • Both passive glass fibers and active glass fibers are usually surrounded by a fiber coating made of, for example, polymer comparable to the fiber cladding, which can then be assigned to the glass fiber.
  • the fiber coating can serve to mechanically protect the glass interior of the glass fiber and influence its optical properties.
  • the fiber coating is primarily used for mechanical protection. Glass fibers that guide light in the fiber core and in the fiber cladding (English: double-clad glass fibers) are usually carried out with a fiber coating to meet mechanical and optical properties.
  • Two cross-sectional shapes for the fiber cladding that occur frequently in practice are cylindrical and octagonal.
  • the octagonal shape for the fiber cladding is used in particular for active glass fibers.
  • Such glass fibers can be produced in great lengths and are usually available as Rollewa ren.
  • the diameter of the fiber cladding usually varies between approx. 80 ⁇ m and approx. 1 mm. In practice, especially with the larger fiber diameters, one often speaks of fiber rods (English: rod-type fiber).
  • Fiber lasers or fiber amplifiers usually consist essentially of at least one active glass fiber, as described above, of various fiber components each with at least one passive glass fiber, at least one pump light source, preferably in the form of diode lasers, and various electronics.
  • the active glass fiber is doped, for example, with ytter bium, erbium, thulium or neodymium, depending on the emission wavelength, as mentioned above.
  • the laser radiation is generated in the active glass fiber in a fiber laser or amplified in a fiber amplifier and can accordingly be used for various applications.
  • Fiber lasers or fiber amplifiers are used, among other things, in the industry for ultra-short pulse laser systems (for example at a wavelength of approx. Lpm), in measurement technology (for example for LIDAR measurements - laser detection and ranging), in medical applications (for example in a Wavelength of approx. 2pm) or in space applications (for example at a wavelength of approx. 1.5pm).
  • the laser radiation is typically generated or amplified in the active glass fiber, as previously described be.
  • radiation can also be absorbed or weakened in active glass fibers.
  • the passive glass fiber is used in a fiber amplifier as well as in other fiber arrangements. genes exclusively for the transport of the radiation over a certain fiber route, for example for the supply or removal of laser radiation from the active glass fiber.
  • a signal light radiation input as an interface for the feed or for the coupling in of the signal radiation to be amplified as input radiation from outside the fiber amplifier a pump light coupler which transfers the pump light radiation from the pump light source into the jacket of the transports active glass fiber, a pump light trap that picks up unabsorbed pump light from the active glass fiber, and a signal light radiation output that shapes and / or guides the output radiation and thereby decouples it to the outside of the fiber amplifier and makes it available.
  • an optical window with an anti-reflection coating on one side for the corresponding wavelengths or a lens for collimating the output radiation can serve as the signal light radiation output or fiber exit optics.
  • the fiber exit optics can also be another glass fiber that guides the output radiation to a destination.
  • a pump light coupler In the case of a fiber laser, a pump light coupler, an active glass fiber, a pump light trap and a fiber exit optic are usually also used. Since no signal radiation is supplied from outside here, but the laser radiation is generated inside the fiber resonator between the two reflectors or mirror elements, there is no signal light radiation input.
  • US 2018/159296 A1 describes a system and a method whose integrated signal light source and high-performance pump source generate two wavelengths outside the effective amplification bandwidth of a single amplification medium without using two individual pump sources in a fiber amplifier train.
  • the system and method uses a single pump power oscillator that passes a wavelength of a signal light source losslessly and with minimal gain to pump integrated amplifiers in both directions (forward and backward), resulting in an amplification of the wavelength of a signal light source.
  • US Pat. No. 8,462,426 B1 describes a method for increasing the output power of monolithic Yb-doped fiber amplifiers with a narrow line width by suppressing the simulated Brillouin scattering.
  • the fiber amplifier uses a co-propagating geometry and is fed with broad (source 2) and narrow (source 1) line width signals that differ sufficiently in wavelength to allow efficient gain competition and a favorable temperature profile at the output end of the fiber.
  • the broadband signal light signal has the higher emission and absorption cross-sections. If source 2 also receives a sufficiently higher input power than source 1, it will be amplified to its maximum value when the signal light signals reach the central part of the gain fiber.
  • the signal light signal with the lower emission and absorption cross-section (signal 1) continues to be amplified Transfer of power from both the signal light signal and the pump light, resulting in an output power well in excess of the maximum value that would have been achieved if the amplifier had been illuminated with a single frequency beam.
  • the two signals are carefully selected so that significant quantum defect heating occurs during power transfer, a steep thermal gradient will develop, which will further increase output power.
  • US 2019/067895 A1 describes an erbium-doped fiber with a polarization-maintaining, very large mode area (PM VLMA) and a polarization-maintaining, Er-doped VLMA amplifier.
  • a polarization-maintaining amplifier with very large mode area consisting of an optical fiber with an input side, with an output side, with an optical core area with a longitudinal axis, the optical core area comprising a concentration of erbium and a diameter of about 50 pm, with at least one stress core with a longitudinal axis, the longitudinal axis of the at least one stress core running essentially parallel to the longitudinal axis of the core area, and with a cladding area which surrounds the core area and the at least one stress core, the core area containing at least one
  • the stress core and the cladding region are configured to support and guide the propagation of the signal light and signal contained therein in the direction of the longitudinal axis of the core region, the optical fiber having a birefringence beat length of more than about 14 mm.
  • the polarization-maintaining amplifier further comprises a pump laser, a signal light laser and a polarization-maintaining wavelength multiplexer, said pump laser and said signal light laser being connected in such a way that they feed light into the multiplexer, and the multiplexer is connected in such a way that it Feeds light into the input end of the optical fiber.
  • the fiber arrangement is realized with splice connections. This means that the pump light and signal light are supplied in passive glass fiber and the passive glass fiber is then connected to the active glass fiber via a splice connection.
  • WO 2011/160646 A1 describes a single-mode optical fiber for guiding an optical signal.
  • the core portion of the optical fiber is capable of guiding an optical signal in a fundamental core mode at an optical signal wavelength.
  • a cladding area is arranged to surround the core area and includes an inner cladding area and an outer cladding area.
  • the inner cladding region includes a background material and a plurality of inner clad features disposed in the background material, wherein a plurality of the plurality of inner clad features are of a first feature type.
  • the first type of feature includes an air vent surrounded by a high index region comprising a high index material that is greater than the index of refraction of the backing material of the interior liner.
  • the majority of the features of the first type support an optical mode having an effective index of refraction that is lower than the effective index of refraction of the fundamental kernel mode at the optical signal wavelength.
  • the optical fiber can comprise an active material and can be used as a cladding-pumped fiber amplifier. Glass fibers with a complex structure are described for which no optically compatible passive glass fibers are usually available. Therefore, no corresponding fiber components can be manufactured with passive glass fibers. As an alternative solution, free-jet optics are used in combination with the active glass fiber, which, however, loses the advantages of fiber technology.
  • the advantage of using both passive glass fibers and active glass fibers in combination with one another is that the passive glass fiber is usually significantly less expensive per unit length than the active glass fiber. This can keep the costs of the corresponding fiber amplifier or fiber laser as a whole low.
  • the guided laser light is not amplified or absorbed or weakened in the passive glass fiber. Therefore, on short passive fiber links of a few meters, there are almost no significant optical power losses with passive glass fibers.
  • optical fiber components have been manufactured from passive glass fibers for around 40 years and then connected to the active glass fiber in order to implement a fiber amplifier or a fiber laser, as described above.
  • fiber lasers and fiber amplifiers require at least one pump light source, for example in the form of several diode lasers and the active glass fiber as active fiber components, in addition to the fiber components with passive glass fibers.
  • the active glass fiber is usually spooled, ie wound as a coil, used in order to provide the longest possible distance for absorption of the pump light with a small volume or with little space required and at the same time to enable a compact design of the fiber laser or the fiber amplifier .
  • a signal light is usually used as input radiation in fiber amplifiers, which is generated externally to the fiber amplifier and coupled into the fiber amplifier as a further fiber component with passive glass fiber via the signal light radiation input.
  • the signal light radiation output as a fiber exit optics typically represents a further fiber component with additional passive glass fiber such as a fiber end cap with passive glass fiber for both fiber amplifiers and fiber lasers. This also applies to the two reflectors of a fiber laser.
  • the optical components are typically manufactured by glass fiber processing companies with passive glass fiber. Laser manufacturers acquire such individual components or individual parts with passive glass fibers, the active glass fibers and the pump light sources and integrate the individual parts with their expertise in relation to the arrangement, the fiber lengths and other system parameters respective manufacturer-specific fiber amplifiers or fiber lasers.
  • the end-face connection of the passive glass fibers of the individual components with one another and with the active glass fiber is made by means of welding processes and can also be referred to as splicing.
  • the positioning of the individual optical components with passive glass fibers has considerable advantages. Even with a certain amount of production scrap, due to the fact that the manual production of the fiber components is still predominantly present today, the production costs can be kept economically within limits.
  • the passive fiber components can be implemented with short passive fiber sections (typically approx. 1 m to approx. 2 m), since the connection of the optical fiber components and the choice of the precise fiber lengths are made afterwards by the laser manufacturer. This facilitates the handling of the hoisting position enormously.
  • Another essential advantage of individual components with passive glass fibers is that the fiber components in the fiber amplifier or in the fiber laser do not have any undesirable absorption behavior, as already mentioned above.
  • fiber areas not supplied with pumped light could absorb the laser signal as signal light and thereby at least weaken it and change its spectral shape. This is due to the fact that the absorption behavior of the laser signal as signal light in the active glass fiber is wavelength-specific. Depending on the type (for example Nd, Yb, Er, Tm etc.) and concentration of the doping of the active glass fiber as well as other parameters, changes in the absorption behavior can occur.
  • the spectral properties of the laser signal or the laser pulse can be significantly changed by absorption in an active glass fiber, i.e. in non-pumped sections of an active glass fiber.
  • a fiber section of an active glass fiber that is about 20 cm to about 50 cm long and not supplied with pump light can make ultrashort laser pulses unusable for the application.
  • the absorption of the laser signal in non-pumped sections of an active glass fiber can generate spectrally shifted radiation through amplified spontaneous emission (ASE for short). This can result in parasitic laser processes in the active glass fiber. Furthermore, areas of the fiber component with active glass fiber that are not supplied with pump light could even lead to damage or destruction of the fiber amplifier or the fiber laser due to the uncontrolled development of laser radiation.
  • the welded connections between passive and active glass fibers can sometimes only be implemented with certain restrictions or sometimes not at all qualitatively good and repeatable.
  • Another disadvantage is that when welding or splicing passive glass fibers and active glass fibers, the complications that can result from the welded connections can potentially increase.
  • passive glass fibers typically can be doped with germanium or fluorine and active glass fibers typically with ytterbium, neodymium, erbium, thulium, holmium and other dopings such as aluminum and phosphorus to adjust the refractive index of the fiber core.
  • active glass fibers typically with ytterbium, neodymium, erbium, thulium, holmium and other dopings such as aluminum and phosphorus to adjust the refractive index of the fiber core.
  • problems can arise during welding or splicing, for example due to the different glass melting temperatures.
  • polarization-maintaining glass fibers it must also be ensured during welding that the stress cores in the glass fiber are well aligned and welded to one another.
  • This problem can also occur with continuously operating fiber amplifiers, for example with the optical amplification of spectrally narrow-band laser sources, which can generate stimulated Brillioun scattering on long fiber optic stretches and thus destabilize the fiber amplifier operation and reduce the amplifier output power.
  • the conflict of objectives between the use of passive glass fibers and active glass fibers should be at least partially resolved or at least at least be reduced.
  • At least an alternative to known fiber amplifiers or fiber lasers should be created.
  • the present invention relates to a fiber amplifier or a fiber laser with at least one active glass fiber with at least one core for guiding at least one signal light radiation (of the fiber amplifier) or a cavity-internal laser radiation (of the fiber laser) and with at least one jacket for guiding at least one first pump light radiation, with at least a first pumping light source which is designed to generate the first pumping light radiation, the first pumping light source preferably having at least one first diode laser, particularly preferably a plurality of first diode lasers, and with at least one pumping light coupler which is connected and configured with the first pumping light source, in order to receive the first pump light radiation from the first pump light source, wherein the pump light coupler is connected directly to the active glass fiber and is designed to direct the first pump light radiation at least into the cladding of the active glass fiber to be coupled.
  • the pump light trap is thus also connected directly to the active glass fiber, so that any connection points or splice points between the pump light coupler and the pump light trap as well as within the pump light coupler and the pump light trap can be avoided.
  • the pumping light coupler and the pumping light traps are produced directly and immediately on the continuous, one-piece active glass fiber.
  • At least the core of the active glass fiber extends away from the pump light coupler, at least in sections, away from the pump light trap and the pump light trap is designed to allow a sufficient proportion of the first pump light radiation to pass through as non-absorbed first pump light radiation so that the optical properties of the signal light radiation or the resonator-internal laser radiation are retained at least essentially away from the pump light trap, at least in sections.
  • At least the core of the active glass fiber and preferably the active glass fiber as a whole extends from the pump light coupler to the pump light trap and also beyond this, so that the properties and advantages of active glass fibers can also be used beyond the pump light trap.
  • further connection points beyond the pump light trap can be avoided or their number can at least be reduced and the corresponding disadvantages of connection points thus avoided.
  • the pump light trap In order to avoid or at least reduce the disadvantages of active glass fibers described above, which have no pump light radiation in the fiber cladding, the pump light trap, contrary to its usual purpose, is designed in such a way that the pump light trap allows part of the first pump light radiation in the fiber cladding to pass through and not dissipate . This can be done, for example, by appropriately designing depressions at least in the cladding of the active glass fiber within the pump light trap. The portion of the first pump light radiation that is let through by the pump light trap can be selected depending on the specific design of the fiber amplifier or the fiber laser so that the disadvantages described above with an active glass fiber without pump light in the fiber cladding can be avoided.
  • At least the core of the active glass fiber extends away from the pump light coupler beyond the pump light trap, at least in sections, and the pump light trap is designed, at least 10% of the first pump light radiation not absorbed in the active glass fiber as non- to let through absorbed first pump light radiation.
  • the remaining first pump light radiation not absorbed in the active glass fiber is picked up by the pump light trap.
  • the properties and advantages described above can be achieved.
  • the fiber amplifier has at least one signal light radiation input which is connected directly to the active glass fiber and is designed to receive the signal light radiation as incoming signal light radiation from outside the fiber amplifier and at least essentially directly at least into the core of the active glass fiber to be coupled, where at least the core of the active glass fiber, preferably the active glass fiber, between the signal light radiation input, the pump light coupler and the pump light trap is continuously formed in one piece.
  • the signal light radiation input can in particular be an open end of the active glass fiber.
  • the properties and advantages of active glass fibers described above can be used over the entire route from the signal light radiation input of the fiber amplifier via the pump light coupler to the pump light trap in the case of the same direction of propagation of the first pump light radiation and the incoming signal light radiation or via the pump light trap to towards the pump light coupler in the case of the opposite direction of propagation of the first pump light radiation and the incoming signal light radiation.
  • the disadvantages that can result from connection points or splice points between passive glass fibers and active glass fibers can also be avoided.
  • the fiber amplifier or the fiber laser has at least one signal light radiation output, which is directly connected to the active glass fiber and is designed to receive the signal light radiation as amplified signal light radiation or as a decoupled signal light radiation or to receive the laser radiation inside the resonator and to the outside of the fiber amplifier or the fiber laser, at least the core of the active glass fiber, preferably the active glass fiber, between the pump light coupler, the pump light trap and the signal light radiation output is formed continuously in one piece, the signal light radiation output preferably an optical lens, an optical window with anti-reflective coating or a passive feeder fiber.
  • the signal light radiation output can in particular be an open end of the active glass fiber.
  • the signal light radiation output can preferably be formed by an individual component such as an optical lens, an optical window with an anti-reflection coating or a passive feed glass fiber, which can be connected to the active glass fiber by means of a splice.
  • the properties and advantages of active glass fibers described above can be used over the entire route from the pump light coupler to the pump light trap to the signal light radiation output or until shortly before in the case of the same direction of propagation of the first pump light radiation and the coupled out signal light radiation or from the Pump light trap via the pump light coupler up to the signal light radiation output or until shortly before it in the case of the opposite direction of propagation of the first pump light radiation and the decoupled signal light radiation.
  • the disadvantages can be avoided or reduced, which can arise from connection points or splice points between passive glass fiber and active glass fiber.
  • the fiber laser has at least one highly reflective optical element, preferably at least one highly reflective fiber Bragg grating, which is connected directly to the active glass fiber and is designed to receive and reflect the laser radiation inside the cavity, at least the core of the active glass fiber, preferably the active glass fiber, between the pump light coupler, the pump light trap and the highly reflective optical element, between the pump light trap and the highly reflective optical element or between the pump light coupler, the pump light trap and the highly reflective optical element Element is formed in one piece throughout.
  • the properties and advantages of active glass fibers described above can be used in the fiber laser over the entire distance of a corre sponding section or over the entire length of the fiber laser.
  • the disadvantages that can result from connection points or splice points between passive glass fibers and active glass fibers can also be avoided.
  • the fiber laser has at least one low-reflecting optical element, preferably at least one low-reflecting fiber Bragg grating, which is connected directly to the active glass fiber and designed to receive and partially reflect the laser radiation inside the resonator partially let through, with at least the core of the active glass fiber, preferably the active glass fiber, between the pumping light coupler, the pumping light trap and the low reflecting optical element, between the pumping light trap and the low reflecting optical element or between the pumping light coupler, the pumping light trap and the low reflecting optical element is formed in one piece throughout.
  • the properties and advantages of active glass fibers described above can be used in the fiber laser over the entire route of a corresponding section or over the entire length of the fiber laser. It is also possible to avoid the disadvantages that can arise from connection points or splice points between passive glass fibers and active glass fibers.
  • the active glass fiber is wound up in sections, preferably between the pump light coupler and the pump light trap.
  • the pump light coupler is designed to couple the first pump light radiation in the same direction of propagation as the signal light radiation directly at least into the one of the active glass fiber. In this way, an arrangement can be created which can be referred to as “forward pumping”, as described at the outset.
  • the pump light coupler is designed to couple the first pump light radiation in the opposite direction of propagation to the signal light radiation directly at least into the cladding of the active glass fiber. This makes it possible to create an arrangement which can be referred to as “backward pumping”, as described at the outset.
  • the fiber amplifier or the fiber laser has at least one second pump light source which is designed to generate a second pump light radiation
  • the pump light coupler also being connected to the second pump light source and designed to supply the second pump light radiation from the second pump light source
  • the pump light coupler is also designed to couple the second pump light radiation opposite to the direction of propagation of the first pump light radiation directly at least into the cladding of the active glass fiber
  • the second pump light source preferably at least one second diode laser, particularly preferably a plurality of second diode lasers , having.
  • At least the core of the active glass fiber extends away from the pump light trap, at least in sections, away from the pump light coupler and the second pump light source is designed to generate the second pump light radiation in such a way that the optical properties of the signal light radiation or the laser radiation inside the resonator is retained at least substantially away from the pump light coupler, at least in sections.
  • the corresponding previously described properties of the first pump light radiation can also be implemented by means of the second pump light radiation.
  • the present invention also relates to a laser system with at least one fiber amplifier and / or with at least one fiber laser as described above.
  • a fiber amplifier according to the invention and / or a fiber laser according to the invention can be implemented and used in a laser system.
  • Such laser systems can be any types of devices or applications in which we- At least one fiber amplifier according to the invention and / or at least one fiber laser according to the invention can be used.
  • the present invention also relates to a method for manufacturing a fiber amplifier or a fiber laser as described above, which is characterized in that the manufacture of at least the pump light coupler and the pump light trap, preferably also the signal light radiation input and / or the signal light radiation output, is carried out directly on the active glass fiber laser-based manufacturing technology, preferably by means of a CO 2 laser or by means of a CO laser, takes place, the production preferably comprising the steps of drawing, welding and / or removing the active glass fiber.
  • the pump light coupler and the pump light trap can be formed directly on the active glass fiber by laser machining, with additional elements of the pump light coupler and / or the pump light trap such as a housing and the like being able to be added in additional manufacturing steps.
  • At least the formation of the active glass fibers in order to be able to be used as a pump light coupler or as a pump light trap takes place by means of a laser beam, which is preferably from a CO 2 laser with typically wavelengths between approx. 9 pm and approx. 11 pm or a CO laser with typically wavelengths of about 5 pm can be generated.
  • the laser beam can be flexibly adapted for each production step of the respective individual components with regard to its output power as well as the temporal and spatial irradiation of the respective process zone of the active glass fiber with the appropriate control and regulation technology.
  • the corresponding laser system can be used as a manufacturing device for the automatic production of all individual components of a fiber amplifier according to the invention and / or a fiber laser according to the invention. This can simplify and / or accelerate the production accordingly, whereby the manufacturing costs compared to known manufacturing processes can be reduced. It can also increase the quality of the manufactured products and / or reduce production errors.
  • FIGS. 1 to 4 are schematic representations of various exemplary embodiments of fiber amplifiers according to the invention.
  • FIGS. 5 to 18 are schematic representations of various exemplary embodiments of fiber lasers according to the invention.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a fiber amplifier 1 according to the invention in accordance with a first exemplary embodiment.
  • the fiber amplifier 1 has in its middle area a coiled active glass fiber 11, to which according to the invention several individual components are directly connected in one piece, which up to now have been made as separate individual components with passive glass fibers and by means of welds or splices with one another and / or with the active one Glasfa ser 11 are integrally connected in one piece.
  • An incoming signal light radiation A is coupled into the fiber amplifier 1 as incoming laser radiation A by means of a signal light radiation input 15 of the fiber amplifier 1, which can also be referred to as a fiber connector 15.
  • the signal light radiation input 15 of the fiber amplifier 1 is designed as an open end of the active glass fiber 11.
  • the incoming laser radiation A is generated outside the fiber amplifier 1 by a signal light source 13 in the form of a laser beam source 13.
  • the signal light radiation input 15 is connected directly to the active glass fiber 11, so that the incoming laser radiation A is coupled via the signal light radiation input 15 directly into the active glass fiber 11 or into its core.
  • the signal light radiation input 15 is followed by a pump light trap 17 and this is followed by the coiled section of the active glass fiber 11, so that the active glass fiber 11 is consistently one-piece and free of interruption or connection points from the signal light radiation input 15 to the coiled central one Section runs.
  • a pump light coupler 16 which is also connected directly to the active glass fiber 11, which is made continuously in one piece, adjoins the spooled-up section of the active glass fiber 11 to the right. From the right, a first pump light radiation C, which is generated by several first laser diodes 14a, which together form a first pump light source 14a, is coupled into the active glass fiber 11 in the opposite direction of propagation to the incoming laser radiation A.
  • Such an arrangement or alignment of the first pump light source 14a can be referred to as "backward pumping".
  • the incoming laser radiation A is amplified by means of the first pump light radiation C over the entire length of the active glass fiber 11 from the pump light coupler 16 to the pump light trap 17 after leaving the pump light coupler 16 to the right, this can be referred to as amplified signal light radiation B or as amplified laser radiation B.
  • the active glass fiber 11 extends further up to a signal light radiation output 18, which can also be referred to as fiber exit optics 18.
  • the amplified laser radiation B is coupled out to the outside of the fiber amplifier 1 via the signal light radiation output 18.
  • the signal light radiation output 18 can be used as the open end of the active glass fiber 18 but also as a spliced individual component in the form of an optical lens 18, an optical window 18 with anti- Reflective coating or a passive feed glass fiber 18 may be formed.
  • the incoming laser radiation A can be amplified to form the amplified laser radiation B and made available in this form by the fiber amplifier 1.
  • the pump light trap 17 is designed in such a way that a sufficient proportion of the first pump light radiation C is allowed to pass through as non-absorbed first pump light radiation C 'to the left to the signal light radiation input 15, so that the optical properties of the incoming laser radiation A are at least substantially retained.
  • a sufficient amount of non-absorbed first pump light radiation C ' is guided between the pump light trap 17 and the Signalichtstrah treatment input 15 in the cladding of the active glass fiber 11, so that an undesirable absorption behavior of the active glass fiber 11 in this area is at least reduced or even completely avoided which can be.
  • Such a fiber amplifier 1 according to the invention is formed at least with regard to the pump light coupler 16 and the pump light trap 17 directly on the continuously extending active glass fiber 1 with means of laser-based manufacturing technology such as in particular by means of a CO 2 laser or a CO laser.
  • those processing steps, such as drawing and ablation, which are required for manufacturing the pump light coupler 16 or the pump light trap 17, are carried out directly on the active glass fiber 1 by means of a laser beam. Further manufacturing steps of the pump light coupler 16 or the pump light trap 17 can then be carried out on these sections of the active glass fiber 1.
  • the connection of the signal light radiation input 15 and / or the signal light radiation output 18 as a (each) passive individual component can also take place by means of a laser beam from the same source in the form of welding or splicing.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a fiber amplifier 1 according to the invention in accordance with a second exemplary embodiment.
  • a second pump light source 14b in the form of at least one second diode laser 14b is provided, which generates a second pump light radiation D and is coupled into the active glass fiber 11 by means of the pump light coupler 16 opposite to the direction of propagation of the first pump light radiation C.
  • an undesired absorption behavior of the active glass fiber 11 can at least be reduced or even completely avoided by means of the second pump light radiation D in the area of the active glass fiber 11 between the pump light coupler 16 and the signal light radiation output 18.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a fiber amplifier 1 according to the invention in accordance with a third exemplary embodiment.
  • the fiber amplifier 1 according to the third exemplary embodiment corresponds to the fiber amplifier 1 according to the first exemplary embodiment in FIG. Section of the active glass fiber 11 and the pump light trap 17 is arranged accordingly to the right thereof.
  • Such an arrangement or alignment of the first pump light source 14a can be referred to as “forward pumping”.
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a fiber amplifier 1 according to the invention in accordance with a fourth exemplary embodiment.
  • the fiber amplifier 1 according to the fourth exemplary embodiment corresponds to the fiber amplifier 1 according to the third exemplary embodiment in FIG. 3, with the difference that in this case the second pump light source 14b according to the second exemplary embodiment in FIG. 2 is also provided.
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a fiber laser 1 according to the invention in accordance with a first exemplary embodiment.
  • the structure of the fiber laser 1 in accordance with the first exemplary embodiment in FIG. 5 basically corresponds to the structure of the fiber amplifier 1 in accordance with the first exemplary embodiment in FIG. 1.
  • a highly reflective optical element 19a in the form of a highly reflective fiber Bragg grating 19a is arranged directly on the active glass fiber 11 on the left of the pump light trap 17 instead of the signal light radiation input 15.
  • a resonator-internal laser radiation E can pass through the pump light trap 17 unaffected in both directions and be reflected back to the pump light trap 17 on the highly reflective optical element 19a.
  • a low-rig reflective optical element 19b in the form of a low-reflective fiber Bragg grating 19b is arranged directly on the active glass fiber 11 between the pump light coupler 16 and the signal light radiation output 18.
  • the low-reflecting optical element 19b only reflects part of the laser radiation E inside the cavity to the pump light coupler 16 and allows the remaining part of the laser radiation E inside the cavity as laser radiation F to be coupled out to the signal light radiation output 18, in order to allow it to outside of the fiber laser 1 as coupled out laser radiation F. leaving.
  • the active glass fiber 11 extends from the highly reflective optical element 19a to the signal light radiation output 18 or, if a single component is used as the signal light radiation output 18, until shortly before it in one piece. In this case, too, splice points and their disadvantages can be avoided or kept as low as possible.
  • FIG. 6 shows a schematic representation of a fiber laser 1 according to the invention in accordance with a second exemplary embodiment.
  • the structure of the fiber laser 1 in accordance with the second exemplary embodiment in FIG. 6 corresponds to the structure of the fiber laser 1 in accordance with the first exemplary embodiment in FIG. 5.
  • the second pump light source 14b is also present here, as described in the second exemplary embodiment of the fiber amplifier 1 according to FIG.
  • the fiber laser 1 according to the invention can also be produced by means of laser-based manufacturing technology, as described above with regard to the fiber amplifier 1 according to the invention.
  • FIG. 7 shows a schematic representation of a fiber laser 1 according to the invention in accordance with a third exemplary embodiment.
  • the structure of the fiber laser 1 according to the third exemplary embodiment in FIG. 7 corresponds to the structure of the fiber laser 1 according to the first exemplary embodiment in FIG active glass fiber 11 is arranged.
  • FIG. 8 shows a schematic representation of a fiber laser 1 according to the invention in accordance with a fourth exemplary embodiment.
  • the structure of the fiber laser 1 in accordance with the fourth exemplary embodiment in FIG. 8 corresponds to the structure of the fiber laser 1 in accordance with the third exemplary embodiment in FIG of Figure 2 described.
  • FIG. 9 shows a schematic representation of a fiber laser 1 according to the invention in accordance with a fifth exemplary embodiment.
  • the structure of the fiber laser 1 according to the fifth embodiment of FIG. 9 corresponds to the structure of the fiber laser 1 according to the first embodiment of FIG is arranged in front of the pump light trap 17. Since the active glass fiber 11 in this case to the left of the pump light trap 17 no longer has any resonator-internal laser radiation E, the pump light trap 17 can completely remove the first pump light radiation C from the cladding of the active glass fiber 11.
  • FIG. 10 shows a schematic representation of a fiber laser 1 according to the invention in accordance with a sixth exemplary embodiment.
  • the structure of the fiber laser 1 according to the sixth embodiment of FIG. 10 corresponds to the structure of the fiber laser 1 according to the fifth embodiment of FIG Figure 2 described.
  • FIG. 11 shows a schematic representation of a fiber laser 1 according to the invention in accordance with a seventh exemplary embodiment.
  • the structure of the fiber laser 1 according to the seventh embodiment of FIG. 11 corresponds to the structure of the fiber laser 1 according to the first embodiment of FIG in front of the pump light trap 17 as well as the low-reflecting optical element 19b to the left of the pump light coupler 16 and in front of the spooled-up Section of the active glass fiber 11 is arranged, as described in each case in the third exemplary embodiment in FIG. 7 and in the fifth exemplary embodiment in FIG. In this case too, the active glass fiber 11 to the left of the pump light trap 17 no longer has any resonator-internal laser radiation E and the pump light trap 17 can completely remove the first pump light radiation C from the cladding of the active glass fiber 11.
  • FIG. 12 shows a schematic representation of a fiber laser 1 according to the invention in accordance with an eighth exemplary embodiment.
  • the structure of the fiber laser 1 according to the eighth embodiment of FIG. 12 corresponds to the structure of the fiber laser 1 according to the seventh embodiment of FIG Figure 2 described.
  • FIGS. 13 to 18 show ninth to fourteenth exemplary embodiments of a fiber laser 1 according to the invention, which correspond to the first to fifth and seventh exemplary embodiments of FIGS Pumping "are called.
  • Fiber exit optics 18 signal light radiation output; Fiber exit optics; optical lens, optical window with anti-reflection coating; passive feeder fiber

Abstract

The invention relates to a fiber amplifier (1) or fiber laser (1) with an active glass fiber (11) which has a core for guiding a signal light radiation (A, B, F) or a resonator-internal laser radiation and a jacket for guiding at least one pump light radiation (C, C'), comprising a first pump light source (14a) for generating a first pump light radiation (C), a pump light coupler (16) which is designed to couple the first pump light radiation (C) directly at least into the jacket of the active glass fiber (11), and a pump light trap (17) which is designed to discharge the first pump light radiation (C) at least partly out of at least the jacket of the active glass fiber (11). The pump light coupler (16) and the pump light trap (17) are produced directly on the active glass fiber, which is formed in a continuously integral manner, so that connecting points or splicing points can be avoided between the pump light coupler (16) and the pump light trap (17) as well as within the pump light coupler (16) and the pump light trap (17).

Description

BESCHREIBUNG DESCRIPTION
Faserverstärker oder Faserlaser Fiber amplifiers or fiber lasers
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Faserverstärker oder einen Faserlaser gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Lasersystem mit einem derartigen Faserverstärker und bzw. oder mit einem derartigen Faserlaser gemäß dem Patentanspruch 14. The present invention relates to a fiber amplifier or a fiber laser according to the preamble of claim 1 and a laser system with such a fiber amplifier and / or with such a fiber laser according to claim 14.
Auf vielen verschiedenen technischen Gebieten werden heutzutage Glasfasern verwendet. Glasfasern werden üblicherweise als dünne Fäden aus einer Glasschmelze gezogen, so dass eine Glasfaser eine aus Glas bestehende lange dünne Faser darstellt. Glasfasern können zum Beispiel als textiles Gewebe zur Wärmedämmung und bzw. oder zur Schalldämmung eingesetzt werden. Auch werden üblicherweise kurze Glasfaserstücke Kunststoffen beigemischt, um deren mechanische Eigenschaften zu verbessern; derartige Bauteile können als glasfaserverstärkte Kunststoffe bezeichnet werden. Optical fibers are used in many different technical fields today. Glass fibers are usually drawn as thin threads from a glass melt, so that a glass fiber is a long, thin fiber made of glass. Glass fibers can be used, for example, as a textile fabric for thermal insulation and / or for sound insulation. Short pieces of glass fiber are also usually mixed with plastics in order to improve their mechanical properties; such components can be referred to as glass fiber reinforced plastics.
Es gibt jedoch auch zahlreiche technische und insbesondere hochtechnische Anwendungen, bei denen Glasfasern zur Lichtübertragung genutzt werden. So werden Glasfasern zur Datenübertragung mittels Licht verwendet; in diesem Fall können die Glasfasern auch als Lichtwellenleiter bzw. als passive Glasfa sern bezeichnet werden. Auch werden Glasfasern in der Medizin zum Beispiel zur Beleuchtung sowie zur Erzeugung von Abbildungen zum Beispiel in Mikroskopen, in Inspektionskameras sowie in Endoskopen verwendet. Ferner werden Glasfasern bei Sensoren eingesetzt, welche dann als faseroptische Sensoren bezeichnet werden können. However, there are also numerous technical and, in particular, highly technical applications in which glass fibers are used for light transmission. For example, glass fibers are used for data transmission by means of light; in this case the glass fibers can also be referred to as optical waveguides or as passive glass fibers. Glass fibers are also used in medicine, for example, for lighting and for generating images, for example in microscopes, in inspection cameras and in endoscopes. Furthermore, glass fibers are used in sensors, which can then be referred to as fiber optic sensors.
Ein weiteres Anwendungsgebiet für Glasfasern stellt die Lasertechnik dar. Hier kann die Laserstrahlung als Signallichtstrahlung mittels einer passiven Glasfaser von einer Laserstrahlungsquelle als Signallicht quelle bzw. als Signallichtstrahlungsquelle zu einer Bearbeitungsstelle geleitet werden, um dort zum Beispiel in der Materialbearbeitung oder in der Medizin zum Beispiel ein Schneiden oder ein Schweißen durchzuführen. Auch kann der Laserstrahl als Laserstrahlung auf diese Art und Weise zum Beispiel in der Messtechnik, in der Mikroskopie oder in der Spektroskopie zum Beispiel einer Probe zugeführt werden. Der Einsatz von passiven Glasfasern zur Leitung eines Laserstrahls kann zum Beispiel bei Anwendungen im Maschinenbau, in der Telekommunikation, in der Medizintechnik sowie in der Sensortechnik erfol gen. Auch können Glasfasern zur Erzeugung bzw. zur Verstärkung von Laserlicht verwendet und als aktive Glasfasern bezeichnet werden. Faserlaser zur Erzeugung von Laserlicht bzw. Faserverstärker zur Verstär kung von Laserlicht weisen hierzu abschnittsweise einen dotierten Faserkern (siehe unten) auf, welcher das aktive Medium des Faserlasers bzw. des Faserverstärkers, d.h. dessen aktive Glasfaser, bildet. Übli che Dotierungselemente des laseraktiven Faserkerns sind insbesondere Neodym, Ytterbium, Erbium, Thulium und Holmium. Another field of application for glass fibers is laser technology. Here, the laser radiation can be conducted as signal light radiation by means of a passive glass fiber from a laser radiation source as a signal light source or as a signal light radiation source to a processing point, for example in material processing or in medicine Cutting or welding. The laser beam can also be supplied as laser radiation in this way, for example in measurement technology, in microscopy or in spectroscopy, to a sample, for example. Passive glass fibers can be used to conduct a laser beam, for example, in mechanical engineering, telecommunications, medical technology and sensor technology. Glass fibers can also be used to generate or amplify laser light and are referred to as active glass fibers. Fiber lasers for generating laser light or fiber amplifiers for amplifying laser light have a doped fiber core in sections (see below) which forms the active medium of the fiber laser or the fiber amplifier, ie its active glass fiber. Customary doping elements of the laser-active fiber core are in particular neodymium, ytterbium, erbium, thulium and holmium.
Derartige Faserverstärker werden üblicherweise optisch gepumpt, indem parallel zum von außerhalb in den Faserkern zugeführten Signallicht zusätzliche Strahlung zum Beispiel von Diodenlasern oder anderen Strahlungsquellen als Pumplicht in den Fasermantel oder direkt in den Faserkern eingekoppelt wird.Such fiber amplifiers are usually pumped optically by coupling additional radiation, for example from diode lasers or other radiation sources, as pump light into the fiber cladding or directly into the fiber core, parallel to the signal light fed into the fiber core from outside.
Wird bei einem Faserverstärker das Pumplicht in die aktive Glasfaser in Ausbreitungsrichtung des zu verstärkenden Signals eingestrahlt, spricht man typischerweise von „Forward Pumping". Wird das Pum plicht gegen die Ausbreitungsrichtung des zu verstärkenden Signals in die aktive Glasfaser eingestrahlt, spricht man typischerweise von „Backward Pumping". Dies kann als „Bidirectional Pumping" auch in beiden Richtungen erfolgen. Die Laserstrahlung, welche durch die laseraktive Faser geleitet wird, erfährt aufgrund der großen Länge der aktiven Glasfaser üblicherweise eine sehr hohe Verstärkung. If the pump light in a fiber amplifier is radiated into the active glass fiber in the direction of propagation of the signal to be amplified, it is typically referred to as "forward pumping". If the pump light is radiated into the active glass fiber against the direction of propagation of the signal to be amplified, it is typically referred to as "backward Pumping ". This can also take place as "bidirectional pumping" in both directions. The laser radiation which is guided through the laser-active fiber is usually very intensified due to the great length of the active glass fiber.
Bei Faserlasern wird ebenfalls das Pumplicht von Diodenlasern oder anderen Strahlungsquellen in den Fasermantel oder direkt in den Faserkern eingekoppelt, so dass die Laserstrahlung direkt innerhalb der Glasfaser erzeugt sowie verstärkt wird. Auf eine Signallichtquelle außerhalb des Faserlasers kann daher verzichtet werden. An einem Ende der Glasfaser wird das Signallicht möglichst vollständig und an dem gegenüberliegenden Ende zu einem gewissen Anteil reflektiert sowie im Übrigen nach außerhalb des Faserlasers ausgekoppelt. Als Reflektoren bzw. Spiegelelemente werden in den Faserkern üblicherweise sogenannte Faser-Bragg-Gitter (FBG) eingebracht, welche üblicherweise als „high reflective" (HR), d. h. als hoch reflektierendes Faser-Bragg-Gitter, und als „output coupler" (OC), d. h. als niedrig reflektieren des Faser-Bragg-Gitter, bezeichnet werden. Die beiden Reflektoren (HR und OC) bilden dann den Reso nator zur Erzeugung der Laserstrahlung als Signallicht des Faserlasers aus. In the case of fiber lasers, the pump light from diode lasers or other radiation sources is also coupled into the fiber cladding or directly into the fiber core, so that the laser radiation is generated and amplified directly within the glass fiber. A signal light source outside the fiber laser can therefore be dispensed with. The signal light is reflected as completely as possible at one end of the glass fiber and to a certain extent at the opposite end and is also coupled out to the outside of the fiber laser. So-called fiber Bragg gratings (FBG) are usually introduced into the fiber core as reflectors or mirror elements, which are usually called "high reflective" (HR), ie as highly reflective fiber Bragg grating, and as "output coupler" (OC ), d. H. referred to as the low reflectivity of the fiber Bragg grating. The two reflectors (HR and OC) then form the resonator for generating the laser radiation as signal light from the fiber laser.
Glasfasern, welche zur Verstärkung des Signallichts wie zum Beispiel der Laserstrahlung bei Faserver stärkern oder zur Erzeugung von Laserstrahlung bei Faserlasern verwendet werden, weisen üblicherwei se einen Faserkern (Englisch: fiber core) auf, welcher aus reinem Glas wie zum Beispiel aus reinem Quarzglas besteht und im Fall von passiven Glasfasern häufig mit Germanium dotiert ist; bei aktiven Glasfaser wird üblicherweise eine Dotierung wie zuvor beschrieben verwendet. In bestimmten Fällen kann auch der Fasermantel dotiert sein; dies gilt für passive und für aktive Glasfasern. In Abhängigkeit von der Größe und der numerischen Apertur des Faserkerns kann man zwischen Single-Mode und Multi- Mode Glasfasern unterscheiden. Außerdem kann der Faserkern noch polarisationserhaltende Eigen schaften für das Licht aufweisen. Der Faserkern wird üblicherweise radial von außen von wenigstens einem Fasermantel (Englisch: fiber cladding) umgeben, welcher üblicherweise in der Umfangsrichtung geschlossen ist und somit den Faserkern vollständig umgibt, von den beiden offenen Enden der Glasfa ser abgesehen. Glass fibers, which are used to amplify the signal light such as the laser radiation in fiber amplifiers or to generate laser radiation in fiber lasers, usually have a fiber core, which consists of pure glass such as pure quartz glass and in the case of passive glass fibers is often doped with germanium; In the case of active glass fibers, doping as described above is usually used. In certain cases, the fiber cladding can also be doped; this applies to passive and active glass fibers. Depending on the size and the numerical aperture of the fiber core, a distinction can be made between single-mode and multi-mode glass fibers. In addition, the fiber core can still have polarization-maintaining properties for the light. The fiber core is usually radially from the outside of at least a fiber cladding (English: fiber cladding), which is usually closed in the circumferential direction and thus completely surrounds the fiber core, apart from the two open ends of the glass fiber.
Üblicherweise werden sowohl passive Glasfasern als auch aktive Glasfasern von einer Faserbeschichtung (Englisch: fiber coating) aus zum Beispiel Polymer vergleichbar dem Fasermantel umgeben, welche dann der Glasfaser zugerechnet werden kann. Die Faserbeschichtung kann dem mechanischen Schutz des gläsernen Inneren der Glasfaser dienen sowie deren optische Eigenschaften beeinflussen. Üblicherweise dient bei Glasfasern, in denen das Licht ausschließlich im Faserkern geführt wird (Englisch: Single-Clad Glasfasern), die Faserbeschichtung primär dem mechanischen Schutz. Glasfasern, die Licht im Faserkern und im Fasermantel führen (Englisch: Double-Clad Glasfasern), sind üblicherweise mit einer Faserbe schichtung zur Erfüllung von mechanischen sowie von optischen Eigenschaften ausgeführt. Both passive glass fibers and active glass fibers are usually surrounded by a fiber coating made of, for example, polymer comparable to the fiber cladding, which can then be assigned to the glass fiber. The fiber coating can serve to mechanically protect the glass interior of the glass fiber and influence its optical properties. In the case of glass fibers, in which the light is guided exclusively in the fiber core (English: single-clad glass fibers), the fiber coating is primarily used for mechanical protection. Glass fibers that guide light in the fiber core and in the fiber cladding (English: double-clad glass fibers) are usually carried out with a fiber coating to meet mechanical and optical properties.
Zwei in der Praxis häufig vorkommende Querschnittsformen für den Fasermantel sind zylindrisch und oktogonal. Die oktogonale Form für den Fasermantel wird insbesondere bei aktiven Glasfasern einge setzt. Two cross-sectional shapes for the fiber cladding that occur frequently in practice are cylindrical and octagonal. The octagonal shape for the fiber cladding is used in particular for active glass fibers.
Derartige Glasfasern können in großen Längen hergestellt werden und sind üblicherweise als Rollenwa ren erhältlich. Der Durchmesser des Fasermantels variiert üblicherweise zwischen ca. 80 pm und ca. 1 mm. Besonders bei den größeren Faserdurchmessern wird in der Praxis häufig schon von Faserstäben gesprochen (Englisch: rod-type fiber). Such glass fibers can be produced in great lengths and are usually available as Rollewa ren. The diameter of the fiber cladding usually varies between approx. 80 μm and approx. 1 mm. In practice, especially with the larger fiber diameters, one often speaks of fiber rods (English: rod-type fiber).
Faserlaser bzw. Faserverstärker bestehen üblicherweise im Wesentlichen zumindest aus einer aktiven Glasfaser, wie zuvor beschrieben, aus diversen Faserkomponenten mit jeweils wenigstens einer passi ven Glasfaser, zumindest einer Pumplichtquelle, vorzugsweise in Form von Diodenlasern, und diverser Elektronik. Die aktive Glasfaser ist je nach Emissionswellenlänge zum Beispiel unter anderem mit Ytter bium, Erbium, Thulium oder Neodymium dotiert, wie bereits zuvor erwähnt. In der aktiven Glasfaser wird bei einem Faserlaser die Laserstrahlung erzeugt oder bei einem Faserverstärker verstärkt und kann dementsprechend für verschiedene Anwendungen genutzt werden. Faserlaser bzw. Faserverstärker werden unter anderem in der Industrie für Ultrakurzpulslasersysteme eingesetzt (zum Beispiel bei einer Wellenlänge von ca. lpm), in der Messtechnik (zum Beispiel bei LIDAR-Messungen - laser detection and ranging), in medizinischen Anwendungen (zum Beispiel bei einer Wellenlänge von ca. 2pm) oder in Weltraumanwendungen (zum Beispiel bei einer Wellenlänge von ca. l,5pm). Fiber lasers or fiber amplifiers usually consist essentially of at least one active glass fiber, as described above, of various fiber components each with at least one passive glass fiber, at least one pump light source, preferably in the form of diode lasers, and various electronics. The active glass fiber is doped, for example, with ytter bium, erbium, thulium or neodymium, depending on the emission wavelength, as mentioned above. The laser radiation is generated in the active glass fiber in a fiber laser or amplified in a fiber amplifier and can accordingly be used for various applications. Fiber lasers or fiber amplifiers are used, among other things, in the industry for ultra-short pulse laser systems (for example at a wavelength of approx. Lpm), in measurement technology (for example for LIDAR measurements - laser detection and ranging), in medical applications (for example in a Wavelength of approx. 2pm) or in space applications (for example at a wavelength of approx. 1.5pm).
Beim Aufbau derartiger Faserlaser bzw. Faserverstärker sowie in anderen Faseranordnungen wird typi scherweise in der aktiven Glasfaser die Laserstrahlung erzeugt oder verstärkt, wie bereits zuvor be schrieben. Es kann in aktiven Glasfasern aber auch Strahlung absorbiert bzw. abgeschwächt werden. Im Gegensatz dazu dient die passive Glasfaser in einem Faserverstärker sowie in anderen Faseranordnun- gen ausschließlich zum Transport der Strahlung über eine gewisse Faserstrecke, zum Beispiel zur Zu oder Wegführung von Laserstrahlung von der aktiven Glasfaser. When building such fiber lasers or fiber amplifiers, as well as in other fiber arrangements, the laser radiation is typically generated or amplified in the active glass fiber, as previously described be. However, radiation can also be absorbed or weakened in active glass fibers. In contrast, the passive glass fiber is used in a fiber amplifier as well as in other fiber arrangements. genes exclusively for the transport of the radiation over a certain fiber route, for example for the supply or removal of laser radiation from the active glass fiber.
Für einen Faserverstärker sind typischerweise vier wesentliche passive Faserkomponenten notwendig: ein Signallichtstrahlungseingang als Schnittstelle für die Einspeisung bzw. für die Einkopplung der zu verstärkenden Signalstrahlung als Eingangsstrahlung von außerhalb des Faserverstärkers, ein Pumplicht koppler, welcher die Pumplichtstrahlung nahezu verlustfrei von der Pumplichtquelle in den Mantel der aktiven Glasfaser transportiert, eine Pumplichtfalle, welche nicht absorbiertes Pumplicht aus der aktiven Glasfaser aufnimmt, und ein Signallichtstrahlungsausgang, welche die Ausgangsstrahlung formt und bzw. oder führt und hierdurch nach außerhalb des Faserverstärkers auskoppelt und zur Verfügung stellt. Als Signallichtstrahlungsausgang bzw. als Faseraustrittsoptik kann zum Beispiel ein optisches Fenster mit einer einseitigen Antireflexionsbeschichtung für die entsprechenden Wellenlängen oder eine Linse zur Kollimation der Ausgangsstrahlung dienen. Die Faseraustrittsoptik kann auch eine weitere Glasfaser sein, welche die Ausgangsstrahlung zu einem Bestimmungsort führt. Four essential passive fiber components are typically required for a fiber amplifier: a signal light radiation input as an interface for the feed or for the coupling in of the signal radiation to be amplified as input radiation from outside the fiber amplifier, a pump light coupler which transfers the pump light radiation from the pump light source into the jacket of the transports active glass fiber, a pump light trap that picks up unabsorbed pump light from the active glass fiber, and a signal light radiation output that shapes and / or guides the output radiation and thereby decouples it to the outside of the fiber amplifier and makes it available. For example, an optical window with an anti-reflection coating on one side for the corresponding wavelengths or a lens for collimating the output radiation can serve as the signal light radiation output or fiber exit optics. The fiber exit optics can also be another glass fiber that guides the output radiation to a destination.
Bei einem Faserlaser werden üblicherweise ebenso ein Pumplichtkoppler, eine aktive Glasfaser, eine Pumplichtfalle und eine Faseraustrittsoptik verwendet. Da hier keine Signalstrahlung von außerhalb zugeführt sondern die Laserstrahlung innerhalb des Faserresonators zwischen den beiden Reflektoren bzw. Spiegelelementen erzeugt wird, entfällt der Signallichtstrahlungseingang. In the case of a fiber laser, a pump light coupler, an active glass fiber, a pump light trap and a fiber exit optic are usually also used. Since no signal radiation is supplied from outside here, but the laser radiation is generated inside the fiber resonator between the two reflectors or mirror elements, there is no signal light radiation input.
Die US 2018/159296 Al beschreibt ein System und ein Verfahren, dessen integrierte Signallichtquelle und Hochleistungs-Pumpquelle zwei Wellenlängen außerhalb der effektiven Verstärkungsbandbreite eines einzelnen Verstärkungsmediums erzeugt, ohne dass zwei einzelne Pumpquellen in einem Faser verstärkerzug verwendet werden. Das System und Verfahren verwendet einen einzelnen Pumpleis tungsoszillator, der eine Wellenlänge einer Signallichtquelle verlustfrei und mit minimaler Verstärkung durchlässt, um integrierte Verstärker in beide Richtungen (vorwärts und rückwärts) zu pumpen, was zu einer Verstärkung der Wellenlänge einer Signallichtquelle führt. US 2018/159296 A1 describes a system and a method whose integrated signal light source and high-performance pump source generate two wavelengths outside the effective amplification bandwidth of a single amplification medium without using two individual pump sources in a fiber amplifier train. The system and method uses a single pump power oscillator that passes a wavelength of a signal light source losslessly and with minimal gain to pump integrated amplifiers in both directions (forward and backward), resulting in an amplification of the wavelength of a signal light source.
Das US 8,462,426 Bl beschreibt eine Methode zur Erhöhung der Ausgangsleistung von monolithischen Yb-dotierten Faserverstärkern mit schmaler Linienbreite durch Unterdrückung der simulierten Brillouin- Streuung. Der Faserverstärker verwendet eine sich gemeinsam ausbreitende Geometrie und wird mit breiten (Quelle 2) und schmalen (Quelle 1) Linienbreitensignalen gespeist, die sich in der Wellenlänge ausreichend unterscheiden, um einen effizienten Verstärkungswettbewerb und ein günstiges Tempera turprofil am Ausgangsende der Faser zu ermöglichen. Das breitbandige Signallichtsignal weist die höhe ren Emissions- und Absorptionsquerschnitte auf. Wenn Quelle 2 ebenfalls eine ausreichend höhere Ein gangsleistung als Quelle 1 erhält, wird sie auf ihren Maximalwert verstärkt, wenn die Signallichtsignale den mittleren Teil der Verstärkungsfaser erreichen. Über diesen Teil hinaus erfährt das Signallichtsignal mit dem niedrigeren Emissions- und Absorptionsquerschnitt (Signal 1) weiterhin eine Verstärkung durch Leistungsübertragung sowohl vom Signallichtsignal als auch vom Pumplicht, wodurch eine Ausgangsleis tung erreicht wird, die weit über den maximalen Wert hinausgeht, der erreicht worden wäre, wenn der Verstärker mit einem einzigen Frequenzstrahl beleuchtet worden wäre. Wenn außerdem die beiden Si gnale sorgfältig so ausgewählt werden, dass während der Leistungsübertragung eine merkliche Quan tendefekterwärmung auftritt, entwickelt sich ein steiler thermischer Gradient, der zu einer weiteren Erhöhung der Ausgangsleistung führt. US Pat. No. 8,462,426 B1 describes a method for increasing the output power of monolithic Yb-doped fiber amplifiers with a narrow line width by suppressing the simulated Brillouin scattering. The fiber amplifier uses a co-propagating geometry and is fed with broad (source 2) and narrow (source 1) line width signals that differ sufficiently in wavelength to allow efficient gain competition and a favorable temperature profile at the output end of the fiber. The broadband signal light signal has the higher emission and absorption cross-sections. If source 2 also receives a sufficiently higher input power than source 1, it will be amplified to its maximum value when the signal light signals reach the central part of the gain fiber. Beyond this part, the signal light signal with the lower emission and absorption cross-section (signal 1) continues to be amplified Transfer of power from both the signal light signal and the pump light, resulting in an output power well in excess of the maximum value that would have been achieved if the amplifier had been illuminated with a single frequency beam. In addition, if the two signals are carefully selected so that significant quantum defect heating occurs during power transfer, a steep thermal gradient will develop, which will further increase output power.
Die US 2019/067895 Al beschreibt eine Erbium-dotierte Faser mit polarisationserhaltender, sehr großer Modenfläche (PM VLMA) und einen polarisationserhaltenden, Er-dotierten VLMA-Verstärker. Ein polari sationserhaltender Verstärker mit sehr großer Modenfläche (PM VLMA), bestehend aus einer optischen Faser mit einer Eingabeseite, mit einer Ausgangsseite, mit einem optischen Kernbereich mit einer Längsachse, wobei der optische Kernbereich eine Konzentration von Erbium umfasst und einen Durch messer von etwa 50 pm aufweist, mit mindestens einem Stresskern mit einer Längsachse, wobei die Längsachse des mindestens einen Stresskerns im wesentlichen parallel zur Längsachse des Kernbereichs verläuft, und mit einem Mantelbereich, der den Kernbereich und den mindestens einen Stresskern um gibt, wobei der Kernbereich, der mindestens eine Stresskern und der Mantelbereich so konfiguriert sind, dass sie die Ausbreitung des darin enthaltenen Signallichts und Signals in Richtung der Längsachse des Kernbereichs stützen und leiten, wobei die optische Faser eine Doppelbrechungs-Schwebungslänge von mehr als etwa 14 mm aufweist. Der polarisationserhaltende Verstärker weist ferner einen Pumplaser, einen Signallicht-Laser und einen polarisationserhaltenden Wellenlängenmultiplexer auf, wobei der genannte Pumplaser und der genannte Signallicht-Laser so angeschlossen sind, dass sie Licht in den Mul tiplexer einspeisen, und der Multiplexer so angeschlossen ist, dass er Licht in das Eingangsende der opti schen Faser einspeist. Die Faseranordnung wird mit Spleißverbindungen realisiert. Dies bedeutet, dass die Zuführung von Pumplicht und Signallicht in passiver Glasfaser erfolgt und die passive Glasfaser dann über eine Spleißverbindung an die aktive Glasfaser angebunden wird. US 2019/067895 A1 describes an erbium-doped fiber with a polarization-maintaining, very large mode area (PM VLMA) and a polarization-maintaining, Er-doped VLMA amplifier. A polarization-maintaining amplifier with very large mode area (PM VLMA), consisting of an optical fiber with an input side, with an output side, with an optical core area with a longitudinal axis, the optical core area comprising a concentration of erbium and a diameter of about 50 pm, with at least one stress core with a longitudinal axis, the longitudinal axis of the at least one stress core running essentially parallel to the longitudinal axis of the core area, and with a cladding area which surrounds the core area and the at least one stress core, the core area containing at least one The stress core and the cladding region are configured to support and guide the propagation of the signal light and signal contained therein in the direction of the longitudinal axis of the core region, the optical fiber having a birefringence beat length of more than about 14 mm. The polarization-maintaining amplifier further comprises a pump laser, a signal light laser and a polarization-maintaining wavelength multiplexer, said pump laser and said signal light laser being connected in such a way that they feed light into the multiplexer, and the multiplexer is connected in such a way that it Feeds light into the input end of the optical fiber. The fiber arrangement is realized with splice connections. This means that the pump light and signal light are supplied in passive glass fiber and the passive glass fiber is then connected to the active glass fiber via a splice connection.
Die WO 2011/160646 Al beschreibt eine Monomode-Lichtleitfaser zur Führung eines optischen Signals. Der Kernbereich der optischen Faser ist in der Lage, ein optisches Signal in eine fundamentale Kernmode bei einer optischen Signalwellenlänge zu führen. Ein Mantelbereich ist so angeordnet, dass er den Kern bereich umgibt, und umfasst einen inneren Mantelbereich und einen äußeren Mantelbereich. Der inne re Mantelbereich umfasst ein Hintergrundmaterial und eine Vielzahl von inneren Mantelmerkmalen, die in dem Hintergrundmaterial angeordnet sind, wobei eine Vielzahl der Vielzahl von inneren Mantel merkmalen von einem ersten Merkmalstyp sind. Der erste Merkmalstyp umfasst ein Luftloch, das von einem Bereich mit hohem Index umgeben ist, der ein Material mit hohem Index umfasst, das größer als der Brechungsindex des Hintergrundmaterials der Innenverkleidung ist. Die Mehrzahl der Merkmale des ersten Typs unterstützt einen optischen Modus mit einem effektiven Brechungsindex, der niedriger ist als der effektive Brechungsindex des fundamentalen Kernmodus bei der optischen Signalwellenlänge. Die optische Faser kann ein aktives Material umfassen und als mantelgepumpter Faserverstärker ver wendet werden. Es werden Glasfasern mit komplexer Aufbaustruktur beschrieben, für welche üblicher weise keine optisch kompatiblen passiven Glasfasern verfügbar sind. Daher können auch keine entspre chenden Faserkomponenten mit passiver Glasfaser herstellt werden. Als Ausweichlösung werden daher Freistrahloptiken in Kombination mit der aktiven Glasfaser eingesetzt, wodurch jedoch die Vorteile der Fasertechnologie verloren gehen. WO 2011/160646 A1 describes a single-mode optical fiber for guiding an optical signal. The core portion of the optical fiber is capable of guiding an optical signal in a fundamental core mode at an optical signal wavelength. A cladding area is arranged to surround the core area and includes an inner cladding area and an outer cladding area. The inner cladding region includes a background material and a plurality of inner clad features disposed in the background material, wherein a plurality of the plurality of inner clad features are of a first feature type. The first type of feature includes an air vent surrounded by a high index region comprising a high index material that is greater than the index of refraction of the backing material of the interior liner. The majority of the features of the first type support an optical mode having an effective index of refraction that is lower than the effective index of refraction of the fundamental kernel mode at the optical signal wavelength. The optical fiber can comprise an active material and can be used as a cladding-pumped fiber amplifier. Glass fibers with a complex structure are described for which no optically compatible passive glass fibers are usually available. Therefore, no corresponding fiber components can be manufactured with passive glass fibers. As an alternative solution, free-jet optics are used in combination with the active glass fiber, which, however, loses the advantages of fiber technology.
Vorteilhaft bei der Verwendung von sowohl passiven Glasfasern als auch aktiven Glasfasern in Kombina tion miteinander ist, dass die passive Glasfaser üblicherweise pro Längeneinheit deutlich kostengünsti ger als die aktive Glasfaser ist. Dies kann die Kosten des entsprechenden Faserverstärkers bzw. Faserla sers als Ganzes geringhalten. The advantage of using both passive glass fibers and active glass fibers in combination with one another is that the passive glass fiber is usually significantly less expensive per unit length than the active glass fiber. This can keep the costs of the corresponding fiber amplifier or fiber laser as a whole low.
Vorteilhaft ist auch, dass in der passiven Glasfaser das geführte Laserlicht nicht verstärkt oder wesent lich absorbiert bzw. abgeschwächt wird. Auf kurzen passiven Faserstrecken von einigen Metern erhält man deshalb bei passiven Glasfasern näherungsweise keine signifikanten optischen Leistungsverluste.It is also advantageous that the guided laser light is not amplified or absorbed or weakened in the passive glass fiber. Therefore, on short passive fiber links of a few meters, there are almost no significant optical power losses with passive glass fibers.
Dies sind wesentliche Gründe, weshalb optische Faserkomponenten seit etwa 40 Jahren bis heute aus passiven Glasfasern gefertigt und im Nachgang mit der aktiven Glasfaser verbunden werden, um einen Faserverstärker bzw. um einen Faserlaser zu realisieren, wie zuvor beschrieben. These are the main reasons why optical fiber components have been manufactured from passive glass fibers for around 40 years and then connected to the active glass fiber in order to implement a fiber amplifier or a fiber laser, as described above.
Wie bereits zuvor erwähnt sind bei Faserlasern und bei Faserverstärkern zusätzlich zu den Faserkompo nenten mit passiver Glasfaser wenigstens eine Pumplichtquelle zum Beispiel in Form von mehreren Di odenlasern sowie die aktive Glasfaser als aktive Faserkomponenten erforderlich. Die aktive Glasfaser wird üblicherweise aufgespuhlt, d.h. als Spule gewickelt, verwendet, um bei geringem Volumen bzw. mit geringem erforderlichen Bauraum eine möglichst lange Strecke zur Absorption des Pumplichts zur Ver fügung zu stellen und gleichzeitig eine kompakte Ausbildung des Faserlasers bzw. des Faserverstärkers zu ermöglichen. Des Weiteren wird bei Faserverstärkern üblicherweise ein Signallicht als Eingangsstrah lung verwendet, welches extern zum Faserverstärker erzeugt und über den Signallichtstrahlungseingang als weitere Faserkomponente mit passiver Glasfaser in den Faserverstärker eingekoppelt wird. Der Si gnallichtstrahlungsausgang als Faseraustrittsoptik stellt typischerweise eine weitere Faserkomponente mit zusätzlicher passiver Glasfaser wie zum Beispiel eine Faserendkappe mit passiver Glasfaser sowohl bei Faserverstärkern als auch bei Faserlasern dar. Dies gilt ebenso für die beiden Reflektoren eines Fa serlasers. As mentioned above, fiber lasers and fiber amplifiers require at least one pump light source, for example in the form of several diode lasers and the active glass fiber as active fiber components, in addition to the fiber components with passive glass fibers. The active glass fiber is usually spooled, ie wound as a coil, used in order to provide the longest possible distance for absorption of the pump light with a small volume or with little space required and at the same time to enable a compact design of the fiber laser or the fiber amplifier . Furthermore, a signal light is usually used as input radiation in fiber amplifiers, which is generated externally to the fiber amplifier and coupled into the fiber amplifier as a further fiber component with passive glass fiber via the signal light radiation input. The signal light radiation output as a fiber exit optics typically represents a further fiber component with additional passive glass fiber such as a fiber end cap with passive glass fiber for both fiber amplifiers and fiber lasers. This also applies to the two reflectors of a fiber laser.
Die optischen Komponenten werden typischerweise von glasfaserverarbeitenden Unternehmen mit passiver Glasfaser hergestellt. Laserhersteller erwerben derartige Einzelkomponenten bzw. Einzelteile mit passiver Glasfaser, die aktive Glasfaser sowie die Pumplichtquellen und integrieren die Einzelteile mit ihrer Expertise bezüglich der Anordnung, der Faserlängen und weiterer Systemparameter zu dem jeweiligen herstellerspezifischen Faserverstärker bzw. Faserlaser. Das stirnseitige Verbinden der passi ven Glasfasern der Einzelkomponenten miteinander sowie mit der aktiven Glasfaser erfolgt stoffschlüs sig durch Schweißprozesse und kann auch als Spleißen bezeichnet werden. The optical components are typically manufactured by glass fiber processing companies with passive glass fiber. Laser manufacturers acquire such individual components or individual parts with passive glass fibers, the active glass fibers and the pump light sources and integrate the individual parts with their expertise in relation to the arrangement, the fiber lengths and other system parameters respective manufacturer-specific fiber amplifiers or fiber lasers. The end-face connection of the passive glass fibers of the individual components with one another and with the active glass fiber is made by means of welding processes and can also be referred to as splicing.
Die Fierstellung der optischen Einzelkomponenten mit passiver Glasfaser weist erhebliche Vorteile auf. Selbst bei einem gewissen Fertigungsausschuss, aufgrund der heute immer noch überwiegend vorlie genden manuellen Fertigung der Faserkomponenten, können die Fierstellungskosten wirtschaftlich im Rahmen gehalten werden. Außerdem können die passiven Faserkomponenten mit kurzen passiven Fa serstrecken (typischerweise ca. 1 m bis ca. 2 m) realisiert werden, da das Verbinden der optischen Fa serkomponenten und die Wahl der präzisen Faserlängen im Nachgang durch den Laserhersteller erfolgt. Dies erleichtert die Flandhabung bei der Fierstellung enorm. The positioning of the individual optical components with passive glass fibers has considerable advantages. Even with a certain amount of production scrap, due to the fact that the manual production of the fiber components is still predominantly present today, the production costs can be kept economically within limits. In addition, the passive fiber components can be implemented with short passive fiber sections (typically approx. 1 m to approx. 2 m), since the connection of the optical fiber components and the choice of the precise fiber lengths are made afterwards by the laser manufacturer. This facilitates the handling of the hoisting position enormously.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil von Einzelkomponenten mit passiver Glasfaser ist, dass die Faserkom ponenten im Faserverstärker bzw. im Faserlaser kein unerwünschtes Absorptionsverhalten aufweisen, wie bereits zuvor erwähnt. Im Fall von Faserkomponenten mit aktiver Glasfaser könnten nämlich nicht mit Pumplicht versorgte Faserbereiche das Lasersignal als Signallicht absorbieren und hierdurch zumin dest schwächen sowie in seiner spektralen Form verändern. Dies ist dadurch begründet, dass das Ab sorptionsverhalten des Lasersignals als Signallicht in der aktiven Glasfaser wellenlängenspezifisch ist. Je nach Typ (zum Beispiel Nd, Yb, Er, Tm etc.) und Konzentration der Dotierung der aktiven Glasfaser sowie weiterer Parameter können Veränderungen im Absorptionsverhalten auftreten. So können zum Beispiel in der Praxis bei der Verstärkung von ultrakurzen Pulsen im Femtosekundenbereich die spektralen Ei genschaften des Lasersignals bzw. des Laserpulses durch Absorption in einer aktiven Glasfaser, d.h. in nicht gepumpten Abschnitten einer aktiven Glasfaser, wesentlich verändert werden. Somit kann in der Praxis bereits ein ca. 20 cm bis ca. 50 cm langer nicht mit Pumplicht versorgter Faserabschnitt einer akti ven Glasfaser ultrakurze Laserpulse für die Anwendung unbrauchbar machen. Another essential advantage of individual components with passive glass fibers is that the fiber components in the fiber amplifier or in the fiber laser do not have any undesirable absorption behavior, as already mentioned above. In the case of fiber components with active glass fibers, fiber areas not supplied with pumped light could absorb the laser signal as signal light and thereby at least weaken it and change its spectral shape. This is due to the fact that the absorption behavior of the laser signal as signal light in the active glass fiber is wavelength-specific. Depending on the type (for example Nd, Yb, Er, Tm etc.) and concentration of the doping of the active glass fiber as well as other parameters, changes in the absorption behavior can occur. In practice, for example, when amplifying ultrashort pulses in the femtosecond range, the spectral properties of the laser signal or the laser pulse can be significantly changed by absorption in an active glass fiber, i.e. in non-pumped sections of an active glass fiber. Thus, in practice, a fiber section of an active glass fiber that is about 20 cm to about 50 cm long and not supplied with pump light can make ultrashort laser pulses unusable for the application.
Außerdem kann durch die Absorption des Lasersignals in nicht gepumpten Abschnitten einer aktiven Glasfaser spektral verschobene Strahlung durch verstärkte spontane Emission (engl.: Amplified sponta- neous emission, kurz ASE) erzeugt werden. Flieraus können parasitäre Laserprozesse in der aktiven Glas faser resultieren. Ferner könnten nicht mit Pumplicht versorgte Bereiche der Faserkomponente mit akti ver Glasfaser sogar zu einer Schädigung bzw. zu einer Zerstörung des Faserverstärkers bzw. des Faserla sers durch unkontrollierte Entwicklung von Laserstrahlung führen. In addition, the absorption of the laser signal in non-pumped sections of an active glass fiber can generate spectrally shifted radiation through amplified spontaneous emission (ASE for short). This can result in parasitic laser processes in the active glass fiber. Furthermore, areas of the fiber component with active glass fiber that are not supplied with pump light could even lead to damage or destruction of the fiber amplifier or the fiber laser due to the uncontrolled development of laser radiation.
Daher ist es seit dem Beginn der Entwicklung und Flerstellung von Faserlasern bzw. von Faserverstärkern bis heute üblich und gut begründet, wie zuvor beschrieben Faserverstärker bzw. Faserlaser grundsätz lich aus Einzelkomponenten mit passiver Glasfaser aufzubauen und lediglich einen Abschnitt mit aktiver Glasfaser vorzusehen, in welchem die Verstärkung des eingekoppelten bzw. erzeugten Laserlichtes als Strahlung bzw. als Signallicht erfolgen kann. Dennoch kann das stoffschlüssige Verbinden, d.h. das Verschweißen bzw. das Spleißen, der passiven Einzelkomponenten mit passiver Glasfaser untereinander sowie das Verbinden der passiven Glasfasern mit der aktiven Glasfaser zu erheblichen Nachteilen in Bezug auf die optische Performance des Faserla sers bzw. des Faserverstärkers führen. Insbesondere bei Faserlasern bzw. bei Faserverstärkern mit Glas fasern mit Relevanz für die Lasertechnologie, zum Beispiel Large-Mode Area Glasfasern (LMA), Triple- Clad-Glasfasern, photonischen Glasfasern oder Multi-Kern-Glasfasern, können die Schweißverbindungen zwischen passiver und aktiver Glasfaser teilweise nur mit gewissen Einschränkungen oder teilweise gar nicht qualitativ ausreichend gut und wiederholbar umgesetzt werden. Therefore, since the beginning of the development and manufacture of fiber lasers or fiber amplifiers until today, it has been customary and well founded to build up fiber amplifiers or fiber lasers from individual components with passive fiber optics and to provide only a section with active fiber optics in which the The coupled or generated laser light can be amplified as radiation or as signal light. Nevertheless, the integral connection, ie the welding or splicing, of the passive individual components with passive glass fibers to each other and the connection of the passive glass fibers with the active glass fiber can lead to considerable disadvantages with regard to the optical performance of the fiber laser or the fiber amplifier. Particularly in the case of fiber lasers or fiber amplifiers with glass fibers relevant to laser technology, for example large-mode area glass fibers (LMA), triple-clad glass fibers, photonic glass fibers or multi-core glass fibers, the welded connections between passive and active glass fibers can sometimes only be implemented with certain restrictions or sometimes not at all qualitatively good and repeatable.
Auch sind für manche aktive Fasertypen, d. h. für manche Typen von aktiven Glasfasern, im Bereich der Lasertechnik gar keine passenden passiven Glasfasern und somit gar keine passiven Faserkomponenten verfügbar. In solchen Fällen müssen Laseraufbauten typischerweise mit Freistrahlkomponenten wie zum Beispiel mit Linsen und Spiegeln realisiert werden, wobei die wesentlichen Vorteile der Fasertechnologie verloren gehen. Somit ist für einige relevante aktive Fasertypen eine Überführung der Fasertechnologie vom Labor in die Produktion kaum oder sogar gar nicht möglich, da entsprechende Lösungsansätze zur Umsetzung von vollständig faserbasierten Systemen fehlen. Also for some active fiber types, i. H. for some types of active glass fibers, in the field of laser technology no suitable passive glass fibers and therefore no passive fiber components at all available. In such cases, laser structures typically have to be implemented with free-beam components such as lenses and mirrors, with the essential advantages of fiber technology being lost. Thus, for some relevant active fiber types, transferring fiber technology from the laboratory to production is hardly or not at all possible, since there are no corresponding approaches to implementing completely fiber-based systems.
Ein weiterer Nachteil beim Verschweißen bzw. vom Spleißen von passiven Glasfasern und aktiven Glas fasern sind häufig bereits Abweichungen der Glasfasereigenschaften im Rahmen der erlaubten Toleran zen, die zu einer Reduzierung der optischen Performance des Faserverstärkers bzw. des Faserlasers füh ren können, zum Beispiel durch Variationen des Faserkerndurchmessers, des Fasermantels und bzw. oder der numerischen Apertur des Fasermantels bzw. des Faserkerns. Another disadvantage when welding or splicing passive glass fibers and active glass fibers are often deviations in the glass fiber properties within the permitted tolerances, which can lead to a reduction in the optical performance of the fiber amplifier or the fiber laser, for example due to variations the fiber core diameter, the fiber cladding and / or the numerical aperture of the fiber cladding or the fiber core.
Nachteilig ist auch, dass beim Verschweißen bzw. vom Spleißen von passiven Glasfasern und aktiven Glasfasern sich potentiell die Komplikationen erhöhen können, die aus den Schweißverbindungen resul tieren können. Another disadvantage is that when welding or splicing passive glass fibers and active glass fibers, the complications that can result from the welded connections can potentially increase.
Nachteilig ist ferner, dass zur Einstellung des Brechungsindex des Faserkerns passive Glasfasern typi scherweise mit Germanium oder Fluor und aktive Glasfasern typischerweise mit Ytterbium, Neodymium, Erbium, Thulium, Holmium und weiteren Dotierungen wie Aluminium und Phosphor dotiert sein kön nen. Allein aufgrund der verschiedenen Dotierungsmaterialien in passiven Glasfasern und aktiven Glas fasern können Probleme beim Verschweißen bzw. beim Spleißen auftreten, zum Beispiel durch die un terschiedlichen Glasschmelztemperaturen. Bei polarisationserhaltenden Glasfasern muss beim Ver schweißen noch zusätzlich sichergestellt werden, dass die Stresskerne in der Glasfaser gut zueinander ausgerichtet und verschweißt sind. Auch hier müssen teilweise aus dem Schweißprozess resultierende Kompromisse bzw. Verschlechterungen der optischen und mechanischen Eigenschaften hingenommen werden, die in der Praxis zu fehlerhaften Produkten führen können. Ein weiterer Nachteil der Verwendung von Faserkomponenten mit passiven Glasfasern ist das Einbrin gen von zusätzlicher passiver Faserstrecke in das Faserverstärkersystem. Insbesondere bei Faserverstär kersystemen für kurze und ultrakurze Laserpulse (ps und fs) können zusätzliche passive Faserstrecken zu erheblichen Veränderungen der Laserpulseigenschaften führen, wie bereits zuvor erwähnt. In der Praxis können jedoch die passiven Faserstrecken der Faserkomponenten nur bis zu einer gewissen Länge ge kürzt werden, da für das stirnseitige Verschweißen der Glasfasern gewisse Mindestlängen für den Füge prozess benötigt werden. Somit muss man in der Praxis typischerweise auch diese Nachteile tolerieren. Diese Problematik kann auch bei kontinuierlich arbeitenden Faserverstärkern auftreten, zum Beispiel bei der optischen Verstärkung von spektral schmalbandigen Laserquellen, die auf langen Glasfaserstrecken stimulierte Brillioun-Streuung erzeugen können und somit die Faserverstärkerbetrieb destabilisieren und die Verstärkerausgangsleistung reduzieren. Another disadvantage is that passive glass fibers typically can be doped with germanium or fluorine and active glass fibers typically with ytterbium, neodymium, erbium, thulium, holmium and other dopings such as aluminum and phosphorus to adjust the refractive index of the fiber core. Solely because of the different doping materials in passive glass fibers and active glass fibers, problems can arise during welding or splicing, for example due to the different glass melting temperatures. In the case of polarization-maintaining glass fibers, it must also be ensured during welding that the stress cores in the glass fiber are well aligned and welded to one another. Here, too, compromises or deterioration in the optical and mechanical properties resulting from the welding process must be accepted, which in practice can lead to defective products. Another disadvantage of using fiber components with passive glass fibers is the introduction of additional passive fiber links into the fiber amplifier system. Particularly in the case of fiber amplification systems for short and ultra-short laser pulses (ps and fs), additional passive fiber sections can lead to significant changes in the laser pulse properties, as mentioned above. In practice, however, the passive fiber sections of the fiber components can only be shortened to a certain length, since certain minimum lengths are required for the joining process for the end-face welding of the glass fibers. Typically, these disadvantages must therefore also be tolerated in practice. This problem can also occur with continuously operating fiber amplifiers, for example with the optical amplification of spectrally narrow-band laser sources, which can generate stimulated Brillioun scattering on long fiber optic stretches and thus destabilize the fiber amplifier operation and reduce the amplifier output power.
Aus dem heutigen Stand der Technik resultiert deshalb ein Zielkonflikt. Einerseits möchte man passive Glasfasern aufgrund der geringen Kosten, der einfachen Handhabung und des passiven optischen Ver haltens, d.h. der Vermeidung von Strahlungsabsorption, zur Herstellung von Faserkomponenten ver wenden. Andererseits stellen die Fügestellen zwischen passiven Glasfasern und aktiven Glasfasern sowie auch zwischen den passiven Glasfasern unterschiedlicher passiver Einzelkomponenten untereinander einen zusätzlichen und nicht unerheblichen Aufwand bei der Herstellung von Faserlasern bzw. von Fa serverstärkern dar. Insbesondere können aus dem Fügen von passiven Glasfasern und aktiven Glasfa sern zur Umsetzung von faserbasierten Lasersystemen, typischerweise durch Verschweißen, teilweise erhebliche Nachteile in den praktischen Anwendungen resultieren, wie zuvor beschrieben. The current state of the art therefore results in a conflict of objectives. On the one hand, one would like to use passive glass fibers for the production of fiber components due to the low cost, the simple handling and the passive optical behavior, i.e. the avoidance of radiation absorption. On the other hand, the joints between passive glass fibers and active glass fibers as well as between the passive glass fibers of different passive individual components represent an additional and not inconsiderable expense in the production of fiber lasers or fiber amplifiers. In particular, from the joining of passive glass fibers and active glass fibers for the implementation of fiber-based laser systems, typically by welding, sometimes considerable disadvantages result in practical applications, as described above.
Das US 9,356,418 B2 beschreibt einen Hochleistungs-Faserlaser umfassend aktive Fasern mit großer oder sehr großer Modenfläche. Modenerhaltende Pumplichtkoppler sind so angeordnet, dass die aktive Faser mit einer oder mehreren Pumplichtquellen gegengepumpt wird (Backward Pumping). Die moden erhaltenden Pumplichtkoppler bewahren die Einzelmodenausbreitung in einer Signalfaser. Die Pum plichtkoppler können auf der Grundlage von optischen Spektren, Strahlqualität oder zeitlichem Verhal ten identifiziert werden. Aktive Fasern können auch in einen Pumplichtkoppler einbezogen werden, so dass die aktive Faser von einem Eingangsende, das einen Startimpuls erhält, zu einem Ausgangsende spleißfrei ist. Die Anbindung einer Signallichtquelle und ggfs einer Pumplichtfalle erfolgt wie üblich mit tels einer passiven Glasfaser, welche mit der aktiven Glasfaser durch Spleißen verbunden ist. US Pat. No. 9,356,418 B2 describes a high-power fiber laser comprising active fibers with a large or very large mode area. Mode-preserving pump light couplers are arranged in such a way that the active fiber is counter-pumped with one or more pump light sources (backward pumping). The mode-preserving pump light couplers preserve the single-mode propagation in a signal fiber. The pump light couplers can be identified on the basis of optical spectra, beam quality or temporal behavior. Active fibers can also be included in a pump light coupler so that the active fiber is splice-free from an input end, which receives a start pulse, to an output end. The connection of a signal light source and possibly a pump light trap is carried out as usual by means of a passive glass fiber, which is connected to the active glass fiber by splicing.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Faserverstärker oder einen Faserlaser der ein gangs beschriebenen Art bereit zu stellen, so dass die zuvor beschriebenen Nachteile zumindest teilwei se überwunden oder zumindest reduziert werden können. Insbesondere soll der Zielkonflikt der Ver wendung von passiven Glasfasern und von aktiven Glasfasern zumindest teilweise gelöst oder zumin- dest gemindert werden. Zumindest soll eine Alternative zu bekannten Faserverstärkern oder Faserlasern geschaffen werden. It is an object of the present invention to provide a fiber amplifier or a fiber laser of the type described at the beginning, so that the disadvantages described above can be overcome or at least reduced at least in part. In particular, the conflict of objectives between the use of passive glass fibers and active glass fibers should be at least partially resolved or at least at least be reduced. At least an alternative to known fiber amplifiers or fiber lasers should be created.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Faserverstärker oder einen Faserlaser mit den Merkma len des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Lasersystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 14 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben. The object is achieved according to the invention by a fiber amplifier or a fiber laser with the Merkma len of claim 1 and by a laser system with the features of claim 14. Advantageous further developments are described in the subclaims.
Somit betrifft die vorliegende Erfindung einen Faserverstärker oder einen Faserlaser mit wenigstens einer aktiven Glasfaser mit wenigstens einem Kern zur Führung wenigstens einer Signallichtstrahlung (des Faserverstärkers) oder einer resonatorinternen Laserstrahlung (des Faserlasers) und mit wenigstens einem Mantel zur Führung wenigstens einer ersten Pumplichtstrahlung, mit wenigstens einer ersten Pumplichtquelle, welche ausgebildet ist, die erste Pumplichtstrahlung zu erzeugen, wobei die erste Pumplichtquelle vorzugsweise wenigstens einen ersten Diodenlaser, besonders vorzugsweise eine Mehrzahl von ersten Diodenlasern, aufweist, und mit wenigstens einem Pumplichtkoppler, welcher mit der ersten Pumplichtquelle verbunden und ausgebildet ist, um die erste Pumplichtstrahlung von der ersten Pumplichtquelle zu erhalten, wobei der Pumplichtkoppler direkt mit der aktiven Glasfaser ver bunden und ausgebildet ist, um die erste Pumplichtstrahlung direkt wenigstens in den Mantel der akti ven Glasfaser einzukoppeln. Thus, the present invention relates to a fiber amplifier or a fiber laser with at least one active glass fiber with at least one core for guiding at least one signal light radiation (of the fiber amplifier) or a cavity-internal laser radiation (of the fiber laser) and with at least one jacket for guiding at least one first pump light radiation, with at least a first pumping light source which is designed to generate the first pumping light radiation, the first pumping light source preferably having at least one first diode laser, particularly preferably a plurality of first diode lasers, and with at least one pumping light coupler which is connected and configured with the first pumping light source, in order to receive the first pump light radiation from the first pump light source, wherein the pump light coupler is connected directly to the active glass fiber and is designed to direct the first pump light radiation at least into the cladding of the active glass fiber to be coupled.
Der erfindungsgemäße Faserverstärker oder der erfindungsgemäße Faserlaser ist gekennzeichnet durch wenigstens eine Pumplichtfalle, welche direkt mit der aktiven Glasfaser verbunden und ausgebildet ist, um die erste Pumplichtstrahlung wenigstens teilweise aus wenigstens dem Mantel der aktiven Glasfaser abzuführen, wobei wenigstens der Kern der aktiven Glasfaser, vorzugsweise die aktive Glasfaser, zwi schen dem Pumplichtkoppler und der Pumplichtfalle durchgängig einstückig ausgebildet ist. Unter einer einstückigen Ausbildung der aktiven Glasfaser bzw. dessen Kerns wird verstanden, dass der Kern der aktiven Glasfaser bzw. die aktive Glasfaser als Ganzes aus dem entsprechenden Material am Stück gezo gen und hierdurch unterbrechungsfrei hergestellt ist. Mit anderen Worten weist eine durchgängig ein stückig ausgebildete aktive Glasfaser bzw. dessen Kern keinerlei Unterbrechungen sowie keinerlei nach dem Ziehen hinzugefügte Verbindungsstellen bzw. Spleißstellen auf. The fiber amplifier according to the invention or the fiber laser according to the invention is characterized by at least one pump light trap which is connected directly to the active glass fiber and is designed to at least partially dissipate the first pump light radiation from at least the cladding of the active glass fiber, at least the core of the active glass fiber, preferably the active glass fiber, between tween the pump light coupler and the pump light trap is continuously formed in one piece. A one-piece design of the active glass fiber or its core is understood to mean that the core of the active glass fiber or the active glass fiber as a whole is drawn from the corresponding material in one piece and is thereby manufactured without interruption. In other words, an active glass fiber that is continuously formed in pieces or its core does not have any interruptions or any connection points or splice points added after the drawing.
Erfindungsgemäß wird somit auch die Pumplichtfalle direkt an die aktive Glasfaser angebunden, sodass zwischen dem Pumplichtkoppler und der Pumplichtfalle sowie innerhalb des Pumplichtkopplers und der Pumplichtfalle jegliche Verbindungsstellen bzw. Spleißstellen vermieden werden können. Mit anderen Worten werden der Pumplichtkoppler und die Pumplichtfallen direkt und unmittelbar an der durchgän gig einstückig ausgebildeten aktiven Glasfaser hergestellt. Hierdurch können die entsprechenden Nach teile, welche Verbindungsstellen bzw. Spleißstellen wie zuvor beschrieben aufweisen können, zumindest hinsichtlich dieser Einzelkomponenten vollständig vermieden werden. Gemäß einem Aspekt der Erfindung erstreckt sich wenigstens der Kern der aktiven Glasfaser, vorzugs weise die aktive Glasfaser, dem Pumplichtkoppler abgewandt zumindest abschnittsweise von der Pum plichtfalle weg und die Pumplichtfalle ist ausgebildet, einen ausreichenden Anteil der erste Pumplicht strahlung als nicht-absorbierte erste Pumplichtstrahlung hindurchzulassen, so dass die optischen Eigen schaften der Signallichtstrahlung oder der resonatorinternen Laserstrahlung zumindest im Wesentlichen von der Pumplichtfalle weg zumindest abschnittsweise erhalten bleiben. According to the invention, the pump light trap is thus also connected directly to the active glass fiber, so that any connection points or splice points between the pump light coupler and the pump light trap as well as within the pump light coupler and the pump light trap can be avoided. In other words, the pumping light coupler and the pumping light traps are produced directly and immediately on the continuous, one-piece active glass fiber. As a result, the corresponding disadvantages, which connection points or splice points may have as described above, can be completely avoided, at least with regard to these individual components. According to one aspect of the invention, at least the core of the active glass fiber, preferably the active glass fiber, extends away from the pump light coupler, at least in sections, away from the pump light trap and the pump light trap is designed to allow a sufficient proportion of the first pump light radiation to pass through as non-absorbed first pump light radiation so that the optical properties of the signal light radiation or the resonator-internal laser radiation are retained at least essentially away from the pump light trap, at least in sections.
Mit anderen Worten erstreckt sich wenigstens der Kern der aktiven Glasfaser und vorzugsweise die akti ve Glasfaser als Ganzes vom Pumplichtkoppler zur Pumplichtfalle und zusätzlich über diese hinaus, so- dass auch die Eigenschaften und Vorteile aktiver Glasfasern über die Pumplichtfalle hinaus genutzt wer den können. Insbesondere können weitere Verbindungsstellen jenseits der Pumplichtfalle vermieden bzw. deren Anzahl zumindest reduziert und die entsprechenden Nachteile von Verbindungsstellen somit vermieden werden. In other words, at least the core of the active glass fiber and preferably the active glass fiber as a whole extends from the pump light coupler to the pump light trap and also beyond this, so that the properties and advantages of active glass fibers can also be used beyond the pump light trap. In particular, further connection points beyond the pump light trap can be avoided or their number can at least be reduced and the corresponding disadvantages of connection points thus avoided.
Um hierbei die zuvor beschriebenen Nachteile von aktiven Glasfasern, welche keine Pumplichtstrahlung im Fasermantel aufweisen, zu vermeiden oder zumindest zu reduzieren, wird die Pumplichtfalle entge gen ihrem üblichen Verwendungszweck derart ausgebildet, dass die Pumplichtfalle einen Teil der ersten Pumplichtstrahlung im Fasermantel gezielt hindurchlässt und nicht abführt. Dies kann zum Beispiel durch eine entsprechende Ausgestaltung von Vertiefungen zumindest des Mantels der aktiven Glasfaser innerhalb der Pumplichtfalle erfolgen. Dabei kann der Anteil der ersten Pumplichtstrahlung, welcher von der Pumplichtfalle hindurchgelassen wird, in Abhängigkeit der konkreten Ausgestaltung des Faserver stärkers bzw. des Faserlasers derart gewählt werden, dass die zuvor beschriebenen Nachteile eine akti ven Glasfaser ohne Pumplicht im Fasermantel vermieden werden können. In order to avoid or at least reduce the disadvantages of active glass fibers described above, which have no pump light radiation in the fiber cladding, the pump light trap, contrary to its usual purpose, is designed in such a way that the pump light trap allows part of the first pump light radiation in the fiber cladding to pass through and not dissipate . This can be done, for example, by appropriately designing depressions at least in the cladding of the active glass fiber within the pump light trap. The portion of the first pump light radiation that is let through by the pump light trap can be selected depending on the specific design of the fiber amplifier or the fiber laser so that the disadvantages described above with an active glass fiber without pump light in the fiber cladding can be avoided.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung erstreckt sich wenigstens der Kern der aktiven Glasfaser, vorzugsweise die aktive Glasfaser, dem Pumplichtkoppler abgewandt jenseits der Pumplichtfalle zumin dest abschnittsweise und die Pumplichtfalle ist ausgebildet, wenigstens 10 % der nicht in der aktiven Glasfaser absorbierten ersten Pumplichtstrahlung als nicht-absorbierte erste Pumplichtstrahlung hin durchzulassen. Die verbleibende nicht in der aktiven Glasfaser absorbierte erste Pumplichtstrahlung wird durch die Pumplichtfalle aufgenommen. Insbesondere durch einen Anteil von wenigstens 10 % der nicht in der aktiven Glasfaser absorbierten ersten Pumplichtstrahlung, welcher von der Pumplichtfalle durchgeleitet wird, können die zuvor beschriebenen Eigenschaften und Vorteile erreicht werden. According to a further aspect of the invention, at least the core of the active glass fiber, preferably the active glass fiber, extends away from the pump light coupler beyond the pump light trap, at least in sections, and the pump light trap is designed, at least 10% of the first pump light radiation not absorbed in the active glass fiber as non- to let through absorbed first pump light radiation. The remaining first pump light radiation not absorbed in the active glass fiber is picked up by the pump light trap. In particular, through a proportion of at least 10% of the first pump light radiation which is not absorbed in the active glass fiber and which is passed through by the pump light trap, the properties and advantages described above can be achieved.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist der Faserverstärker wenigstens einen Signallicht strahlungseingang auf, welcher direkt mit der aktiven Glasfaser verbunden und ausgebildet ist, um die Signallichtstrahlung als eingehende Signallichtstrahlung von außerhalb des Faserverstärkers zu erhalten und zumindest im Wesentlichen direkt wenigstens in den Kern der aktiven Glasfaser einzukoppeln, wo bei wenigstens der Kern der aktiven Glasfaser, vorzugsweise die aktive Glasfaser, zwischen dem Signal- lichtstrahlungseingang, dem Pumplichtkoppler und der Pumplichtfalle durchgängig einstückig ausgebil det ist. Hiervon ist die Abfolge der Einzelkomponenten sowohl vom Signallichtstrahlungseingang über den Pumplichtkoppler zur Pumplichtfalle als auch vom Signallichtstrahlungseingang über die Pumplicht falle zum Pumplichtkoppler umfasst. Der Signallichtstrahlungseingang kann insbesondere ein offenes Ende der aktiven Glasfaser sein. According to a further aspect of the invention, the fiber amplifier has at least one signal light radiation input which is connected directly to the active glass fiber and is designed to receive the signal light radiation as incoming signal light radiation from outside the fiber amplifier and at least essentially directly at least into the core of the active glass fiber to be coupled, where at least the core of the active glass fiber, preferably the active glass fiber, between the signal light radiation input, the pump light coupler and the pump light trap is continuously formed in one piece. This includes the sequence of the individual components both from the signal light radiation input via the pump light coupler to the pump light trap and from the signal light radiation input via the pump light trap to the pump light coupler. The signal light radiation input can in particular be an open end of the active glass fiber.
Auf diese Art und Weise können die zuvor beschriebenen Eigenschaften und Vorteile aktiver Glasfasern über die gesamte Strecke von dem Signallichtstrahlungseingang des Faserverstärkers über den Pump lichtkoppler bis hin zur Pumplichtfalle im Falle der gleichen Ausbreitungsrichtung der ersten Pumplicht strahlung und der eingehenden Signallichtstrahlung bzw. über die Pumplichtfalle bis hin zum Pumplicht koppler im Falle der entgegengesetzten Ausbreitungsrichtung der ersten Pumplichtstrahlung und der eingehenden Signallichtstrahlung genutzt werden. Ebenso können die Nachteile vermieden werden, welche sich aus Verbindungsstellen bzw. Spleißstellen zwischen passiver Glasfaser und aktiver Glasfaser ergeben können. In this way, the properties and advantages of active glass fibers described above can be used over the entire route from the signal light radiation input of the fiber amplifier via the pump light coupler to the pump light trap in the case of the same direction of propagation of the first pump light radiation and the incoming signal light radiation or via the pump light trap to towards the pump light coupler in the case of the opposite direction of propagation of the first pump light radiation and the incoming signal light radiation. The disadvantages that can result from connection points or splice points between passive glass fibers and active glass fibers can also be avoided.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist der Faserverstärker oder der Faserlaser wenigstens einen Signallichtstrahlungsausgang auf, welcher direkt mit der aktiven Glasfaser verbunden und ausge bildet ist, um die Signallichtstrahlung als verstärkte Signallichtstrahlung oder als ausgekoppelte Signal lichtstrahlung oder um die resonatorinterne Laserstrahlung zu erhalten und nach außerhalb des Faser verstärkers oder des Faserlasers hin abzugeben, wobei wenigstens der Kern der aktiven Glasfaser, vor zugsweise die aktive Glasfaser, zwischen dem Pumplichtkoppler, der Pumplichtfalle und dem Signallicht strahlungsausgang durchgängig einstückig ausgebildet ist, wobei der Signallichtstrahlungsausgang vor zugsweise eine optische Linse, ein optisches Fenster mit Anti-Reflektions-Beschichtung oder eine passive Zuführungsglasfaser ist. Der Signallichtstrahlungsausgang kann insbesondere ein offenes Ende der akti ven Glasfaser sein. Vorzugsweise kann der Signallichtstrahlungsausgang von einer Einzelkomponente wie zum Beispiel von einer optischen Linse, von einem optischen Fenster mit Anti-Reflektions- Beschichtung oder von einer passiven Zuführungsglasfaser gebildet werden, welche mittels einer Spleiß stelle mit der aktiven Glasfaser verbunden sein kann. According to a further aspect of the invention, the fiber amplifier or the fiber laser has at least one signal light radiation output, which is directly connected to the active glass fiber and is designed to receive the signal light radiation as amplified signal light radiation or as a decoupled signal light radiation or to receive the laser radiation inside the resonator and to the outside of the fiber amplifier or the fiber laser, at least the core of the active glass fiber, preferably the active glass fiber, between the pump light coupler, the pump light trap and the signal light radiation output is formed continuously in one piece, the signal light radiation output preferably an optical lens, an optical window with anti-reflective coating or a passive feeder fiber. The signal light radiation output can in particular be an open end of the active glass fiber. The signal light radiation output can preferably be formed by an individual component such as an optical lens, an optical window with an anti-reflection coating or a passive feed glass fiber, which can be connected to the active glass fiber by means of a splice.
Auf diese Art und Weise können die zuvor beschriebenen Eigenschaften und Vorteile aktiver Glasfasern über die gesamte Strecke vom Pumplichtkoppler über die Pumplichtfalle bis hin zum Signallichtstrah lungsausgang bzw. bis kurz davor im Falle der gleichen Ausbreitungsrichtung der ersten Pumplichtstrah lung und der ausgekoppelten Signallichtstrahlung bzw. von der Pumplichtfalle über den Pumplichtkopp ler bis hin zum Signallichtstrahlungsausgang bzw. bis kurz davor im Falle der entgegengesetzten Ausbrei tungsrichtung der ersten Pumplichtstrahlung und der ausgekoppelten Signallichtstrahlung genutzt wer den. Ebenso können die Nachteile vermieden bzw. reduziert werden, welche sich aus Verbindungsstel len bzw. Spleißstellen zwischen passiver Glasfaser und aktiver Glasfaser ergeben können. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist wenigstens der Kern der aktiven Glasfaser, vorzugswei se die aktive Glasfaser, zwischen dem Signallichtstrahlungseingang und dem Signallichtstrahlungsaus gang durchgängig einstückig ausgebildet. Entsprechend können bei einem Faserverstärker die zuvor be schriebenen Eigenschaften und Vorteile aktiver Glasfasern über die gesamte Strecke des Faserverstär kers genutzt werden. Ebenso können die Nachteile vermieden werden, welche sich aus Verbindungsstel len bzw. Spleißstellen zwischen passiver Glasfaser und aktiver Glasfaser ergeben können. In this way, the properties and advantages of active glass fibers described above can be used over the entire route from the pump light coupler to the pump light trap to the signal light radiation output or until shortly before in the case of the same direction of propagation of the first pump light radiation and the coupled out signal light radiation or from the Pump light trap via the pump light coupler up to the signal light radiation output or until shortly before it in the case of the opposite direction of propagation of the first pump light radiation and the decoupled signal light radiation. Likewise, the disadvantages can be avoided or reduced, which can arise from connection points or splice points between passive glass fiber and active glass fiber. According to a further aspect of the invention, at least the core of the active glass fiber, preferably the active glass fiber, is formed continuously in one piece between the signal light radiation input and the signal light radiation output. Accordingly, the properties and advantages of active glass fibers described above can be used over the entire length of the fiber amplifier in a fiber amplifier. The disadvantages that can arise from connection points or splice points between passive glass fibers and active glass fibers can also be avoided.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist der Faserlaser wenigstens ein hoch reflektierendes optisches Element, vorzugsweise wenigstens ein hoch reflektierenden Faser-Bragg-Gitter, auf, welches direkt mit der aktiven Glasfaser verbunden und ausgebildet ist, um die resonatorinterne Laserstrahlung zu erhalten und zu reflektieren, wobei wenigstens der Kern der aktiven Glasfaser, vorzugsweise die akti ve Glasfaser, zwischen dem Pumplichtkoppler, der Pumplichtfalle und dem hoch reflektierenden opti schen Element, zwischen der Pumplichtfalle und dem hoch reflektierenden optischen Element oder zwi schen dem Pumplichtkoppler, der Pumplichtfalle und dem hoch reflektierenden optischen Element durchgängig einstückig ausgebildet ist. Auf diese Art und Weise können die zuvor beschriebenen Eigen schaften und Vorteile aktiver Glasfasern bei dem Faserlaser über die gesamte Strecke eines entspre chenden Abschnitts bzw. über die gesamte Länge des Faserlasers genutzt werden. Ebenso können die Nachteile vermieden werden, welche sich aus Verbindungsstellen bzw. Spleißstellen zwischen passiver Glasfaser und aktiver Glasfaser ergeben können. According to a further aspect of the invention, the fiber laser has at least one highly reflective optical element, preferably at least one highly reflective fiber Bragg grating, which is connected directly to the active glass fiber and is designed to receive and reflect the laser radiation inside the cavity, at least the core of the active glass fiber, preferably the active glass fiber, between the pump light coupler, the pump light trap and the highly reflective optical element, between the pump light trap and the highly reflective optical element or between the pump light coupler, the pump light trap and the highly reflective optical element Element is formed in one piece throughout. In this way, the properties and advantages of active glass fibers described above can be used in the fiber laser over the entire distance of a corre sponding section or over the entire length of the fiber laser. The disadvantages that can result from connection points or splice points between passive glass fibers and active glass fibers can also be avoided.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist der Faserlaser wenigstens ein niedrig reflektierendes optisches Element, vorzugsweise wenigstens ein niedrigreflektierendes Faser-Bragg-Gitter, auf, welches direkt mit der aktiven Glasfaser verbunden und ausgebildet ist, um die resonatorinterne Laserstrahlung zu erhalten und teilweise zu reflektieren sowie teilweise hindurchzulassen, wobei wenigstens der Kern der aktiven Glasfaser, vorzugsweise die aktive Glasfaser, zwischen dem Pumplichtkoppler, der Pum plichtfalle und dem niedrig reflektierenden optischen Element, zwischen der Pumplichtfalle und dem niedrig reflektierenden optischen Element oder zwischen dem Pumplichtkoppler, der Pumplichtfalle und dem niedrig reflektierenden optischen Element durchgängig einstückig ausgebildet ist. Auf diese Art und Weise können die zuvor beschriebenen Eigenschaften und Vorteile aktiver Glasfasern bei dem Faserla ser über die gesamte Strecke eines entsprechenden Abschnitts bzw. über die gesamte Länge des Faser lasers genutzt werden. Ebenso können die Nachteile vermieden werden, welche sich aus Verbindungs stellen bzw. Spleißstellen zwischen passiver Glasfaser und aktiver Glasfaser ergeben können. According to a further aspect of the invention, the fiber laser has at least one low-reflecting optical element, preferably at least one low-reflecting fiber Bragg grating, which is connected directly to the active glass fiber and designed to receive and partially reflect the laser radiation inside the resonator partially let through, with at least the core of the active glass fiber, preferably the active glass fiber, between the pumping light coupler, the pumping light trap and the low reflecting optical element, between the pumping light trap and the low reflecting optical element or between the pumping light coupler, the pumping light trap and the low reflecting optical element is formed in one piece throughout. In this way, the properties and advantages of active glass fibers described above can be used in the fiber laser over the entire route of a corresponding section or over the entire length of the fiber laser. It is also possible to avoid the disadvantages that can arise from connection points or splice points between passive glass fibers and active glass fibers.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die aktive Glasfaser abschnittsweise, vorzugsweise zwi schen dem Pumplichtkoppler und der Pumplichtfalle, aufgespult. Hierdurch kann eine vergleichsweise große Länge der aktiven Glasfaser auf vergleichsweise geringen Bauraum geschaffen werden. Dies kann eine entsprechend kompakte Bauweise des Faserverstärkers bzw. des Faserlasers ermöglichen. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist der Pumplichtkoppler ausgebildet, die erste Pumplicht strahlung in derselben Ausbreitungsrichtung wie die Signallichtstrahlung direkt wenigstens in den Man tel der aktiven Glasfaser einzukoppeln. Hierdurch kann eine Anordnung geschaffen werden, welche als „Forward Pumping" bezeichnet werden kann, wie eingangs beschrieben. According to a further aspect of the invention, the active glass fiber is wound up in sections, preferably between the pump light coupler and the pump light trap. In this way, a comparatively large length of the active glass fiber can be created in a comparatively small installation space. This can enable a correspondingly compact design of the fiber amplifier or the fiber laser. According to a further aspect of the invention, the pump light coupler is designed to couple the first pump light radiation in the same direction of propagation as the signal light radiation directly at least into the one of the active glass fiber. In this way, an arrangement can be created which can be referred to as “forward pumping”, as described at the outset.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist der Pumplichtkoppler ausgebildet, die erste Pumplicht strahlung in der entgegensetzten Ausbreitungsrichtung wie die Signallichtstrahlung direkt wenigstens in den Mantel der aktiven Glasfaser einzukoppeln. Hierdurch kann eine Anordnung geschaffen werden, welche als „Backward Pumping" bezeichnet werden kann, wie eingangs beschrieben. According to a further aspect of the invention, the pump light coupler is designed to couple the first pump light radiation in the opposite direction of propagation to the signal light radiation directly at least into the cladding of the active glass fiber. This makes it possible to create an arrangement which can be referred to as “backward pumping”, as described at the outset.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist der Faserverstärker oder der Faserlaser wenigstens eine zweite Pumplichtquelle auf, welche ausgebildet ist, eine zweite Pumplichtstrahlung zu erzeugen, wobei der Pumplichtkoppler ferner mit der zweiten Pumplichtquelle verbunden und ausgebildet ist, um die zweite Pumplichtstrahlung von der zweiten Pumplichtquelle zu erhalten, und wobei der Pumplicht koppler ferner ausgebildet ist, um die zweite Pumplichtstrahlung entgegengesetzt der Ausbreitungsrich tung der ersten Pumplichtstrahlung direkt wenigstens in den Mantel der aktiven Glasfaser einzukoppeln, wobei die zweite Pumplichtquelle vorzugsweise wenigstens einen zweiten Diodenlaser, besonders vor zugsweise eine Mehrzahl von zweiten Diodenlasern, aufweist. Auf diese Art und Weise kann es ermög licht werden, auch Pumplicht in Form der zweiten Pumplichtstrahlung dort in den Mantel der aktiven Glasfaser einzukoppeln, wo der Mantel der aktiven Glasfaser von der ersten Pumplichtstrahlung nicht erreicht werden kann. Hierdurch können die zuvor beschriebenen Nachteile, welche aus der Verwen dung einer aktiven Glasfaser ohne Pumplicht entstehen können, vermieden oder zumindest reduziert werden. According to a further aspect of the invention, the fiber amplifier or the fiber laser has at least one second pump light source which is designed to generate a second pump light radiation, the pump light coupler also being connected to the second pump light source and designed to supply the second pump light radiation from the second pump light source The pump light coupler is also designed to couple the second pump light radiation opposite to the direction of propagation of the first pump light radiation directly at least into the cladding of the active glass fiber, the second pump light source preferably at least one second diode laser, particularly preferably a plurality of second diode lasers , having. In this way it can be made light to couple pump light in the form of the second pump light radiation into the cladding of the active glass fiber where the cladding of the active glass fiber cannot be reached by the first pump light radiation. In this way, the disadvantages described above, which can arise from the use of an active glass fiber without pump light, can be avoided or at least reduced.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung erstreckt sich wenigstens der Kern der aktiven Glasfaser, vorzugsweise die aktive Glasfaser, der Pumplichtfalle abgewandt zumindest abschnittsweise von dem Pumplichtkoppler weg und die zweite Pumplichtquelle ist ausgebildet, die zweite Pumplichtstrahlung derart zu erzeugen, so dass die optischen Eigenschaften der Signallichtstrahlung oder der resonatorin ternen Laserstrahlung zumindest im Wesentlichen von dem Pumplichtkoppler weg zumindest ab schnittsweise erhalten bleiben. Hierdurch können die entsprechenden zuvor beschriebenen Eigenschaf ten der ersten Pumplichtstrahlung auch mittels der zweiten Pumplichtstrahlung umgesetzt werden.According to a further aspect of the invention, at least the core of the active glass fiber, preferably the active glass fiber, extends away from the pump light trap, at least in sections, away from the pump light coupler and the second pump light source is designed to generate the second pump light radiation in such a way that the optical properties of the signal light radiation or the laser radiation inside the resonator is retained at least substantially away from the pump light coupler, at least in sections. As a result, the corresponding previously described properties of the first pump light radiation can also be implemented by means of the second pump light radiation.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Lasersystem mit wenigstens einem Faserverstärker und bzw. oder mit wenigstens einem Faserlaser wie zuvor beschrieben. Auf diese Art und Weise können die zuvor beschriebenen Eigenschaften und Vorteile eines erfindungsgemäßen Faserverstärkers und bzw. oder eines erfindungsgemäßen Faserlasers bei einem Lasersystemen umgesetzt und genutzt werden. Derarti ge Lasersystemen können jegliche Arten von Vorrichtungen bzw. Anwendungen sein, bei welchen we- nigstens ein erfindungsgemäßer Faserverstärker und bzw. oder wenigstens ein erfindungsgemäßer Fa serlaser verwendet werden kann. The present invention also relates to a laser system with at least one fiber amplifier and / or with at least one fiber laser as described above. In this way, the above-described properties and advantages of a fiber amplifier according to the invention and / or a fiber laser according to the invention can be implemented and used in a laser system. Such laser systems can be any types of devices or applications in which we- At least one fiber amplifier according to the invention and / or at least one fiber laser according to the invention can be used.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Fertigung eines Faserverstärkers oder eines Faserlasers wie zuvor beschrieben, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass die Fertigung wenigstens des Pumplichtkopplers und der Pumplichtfalle, vorzugsweise ferner des Signallichtstrahlungseingangs und bzw. oder des Signallichtstrahlungsausgangs, direkt an der aktiven Glasfaser mit laserbasierter Fer tigungstechnik, vorzugsweise mittels eines C02-Lasers oder mittels eines CO Lasers, erfolgt, wobei die Fertigung vorzugsweise die Schritte des Ziehens, des Schweißens und bzw. oder des Abtragens an der aktiven Glasfaser umfasst. The present invention also relates to a method for manufacturing a fiber amplifier or a fiber laser as described above, which is characterized in that the manufacture of at least the pump light coupler and the pump light trap, preferably also the signal light radiation input and / or the signal light radiation output, is carried out directly on the active glass fiber laser-based manufacturing technology, preferably by means of a CO 2 laser or by means of a CO laser, takes place, the production preferably comprising the steps of drawing, welding and / or removing the active glass fiber.
Mit anderen Worten können wenigstens der Pumplichtkoppler und die Pumplichtfalle durch Laserbear beitung direkt an der aktiven Glasfaser ausgebildet werden, wobei anschließend weitere Elemente des Pumplichtkopplers und bzw. oder der Pumplichtfalle wie zum Beispiel ein Gehäuse und dergleichen in zusätzlichen Fertigungsschritten ergänzt werden können. Wenigstens die Ausbildung der aktiven Glasfa ser, um als Pumplichtkoppler bzw. als Pumplichtfalle verwendet werden zu können, erfolgt dabei jedoch mittels eines Laserstrahls, welcher vorzugsweise seitens eines C02-Lasers mit typischerweise von Wel lenlängen zwischen ca. 9 pm und ca. 11 pm oder eines CO Lasers mit typischerweise von Wellenlängen von ca. 5 pm erzeugt werden kann. Hierzu kann der Laserstrahl für jeden Fertigungsschritt der jeweili gen Einzelkomponente bezüglich seiner Ausgangsleistung sowie der zeitlichen und räumlichen Bestrah lung der jeweiligen Prozesszone der aktiven Glasfaser mit entsprechender Steuerungs- und Regelungs technik flexibel angepasst werden. In other words, at least the pump light coupler and the pump light trap can be formed directly on the active glass fiber by laser machining, with additional elements of the pump light coupler and / or the pump light trap such as a housing and the like being able to be added in additional manufacturing steps. At least the formation of the active glass fibers in order to be able to be used as a pump light coupler or as a pump light trap, however, takes place by means of a laser beam, which is preferably from a CO 2 laser with typically wavelengths between approx. 9 pm and approx. 11 pm or a CO laser with typically wavelengths of about 5 pm can be generated. For this purpose, the laser beam can be flexibly adapted for each production step of the respective individual components with regard to its output power as well as the temporal and spatial irradiation of the respective process zone of the active glass fiber with the appropriate control and regulation technology.
Das entsprechende Lasersystem kann als Fertigungsvorrichtung für eine automatische Produktion aller Einzelkomponenten eines erfindungsgemäßen Faserverstärkers und bzw. oder eines erfindungsgemä ßen Faserlasers eingesetzt werden. Dies kann die Produktion entsprechend vereinfachen und bzw. oder beschleunigen, wodurch die Fertigungskosten gegenüber bekannten Fertigungsverfahren reduziert wer den können. Auch kann die die Qualität der gefertigten Produkte erhöhen und bzw. oder die Fehlpro duktion reduzieren. The corresponding laser system can be used as a manufacturing device for the automatic production of all individual components of a fiber amplifier according to the invention and / or a fiber laser according to the invention. This can simplify and / or accelerate the production accordingly, whereby the manufacturing costs compared to known manufacturing processes can be reduced. It can also increase the quality of the manufactured products and / or reduce production errors.
Mehrere Ausführungsbeispiele und weitere Vorteile der Erfindung werden nachstehend im Zusammen hang mit den folgenden Figuren rein schematisch dargestellt und näher erläutert. Darin zeigt: Several exemplary embodiments and further advantages of the invention are illustrated and explained in more detail below in connection with the following figures. It shows:
Figuren 1 bis 4 schematische Darstellungen verschiedener Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Faserverstärker; und FIGS. 1 to 4 are schematic representations of various exemplary embodiments of fiber amplifiers according to the invention; and
Figuren 5 bis 18 schematische Darstellungen verschiedener Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Faserlaser. Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Faserverstärkers 1 gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels. Der Faserverstärker 1 weist in seinem mittleren Bereich eine aufgespuhlte aktive Glasfaser 11 auf, an welche erfindungsgemäß mehrere Einzelkomponenten direkt durchgängig einstückig angebunden sind, welche bisher als separate Einzelkomponenten mit passiver Glasfaser aus geführt und mittels Schweißstellen bzw. Spleißstellen miteinander und bzw. oder mit der aktiven Glasfa ser 11 einteilig stoffschlüssig verbunden sind. FIGS. 5 to 18 are schematic representations of various exemplary embodiments of fiber lasers according to the invention. FIG. 1 shows a schematic representation of a fiber amplifier 1 according to the invention in accordance with a first exemplary embodiment. The fiber amplifier 1 has in its middle area a coiled active glass fiber 11, to which according to the invention several individual components are directly connected in one piece, which up to now have been made as separate individual components with passive glass fibers and by means of welds or splices with one another and / or with the active one Glasfa ser 11 are integrally connected in one piece.
Von links wird eine eingehende Signallichtstrahlung A als eingehende Laserstrahlung A mittels eines Signallichtstrahlungseingangs 15 des Faserverstärkers 1, welcher auch als Faserkonnektor 15 bezeichnet werden kann, in den Faserverstärker 1 eingekoppelt. Der Signallichtstrahlungseingang 15 des Faserver stärkers 1 ist als offenes Ende der aktiven Glasfaser 11 ausgebildet. Die eingehende Laserstrahlung A wird außerhalb des Faserverstärkers 1 von einer Signallichtquelle 13 in Form einer Laserstrahlquelle 13 erzeugt. Der Signallichtstrahlungseingang 15 ist dabei direkt an die aktive Glasfaser 11 angebunden, so dass die eingehende Laserstrahlung A über den Signallichtstrahlungseingang 15 direkt in die aktive Glas faser 11 bzw. in dessen Kern eingekoppelt wird. An incoming signal light radiation A is coupled into the fiber amplifier 1 as incoming laser radiation A by means of a signal light radiation input 15 of the fiber amplifier 1, which can also be referred to as a fiber connector 15. The signal light radiation input 15 of the fiber amplifier 1 is designed as an open end of the active glass fiber 11. The incoming laser radiation A is generated outside the fiber amplifier 1 by a signal light source 13 in the form of a laser beam source 13. The signal light radiation input 15 is connected directly to the active glass fiber 11, so that the incoming laser radiation A is coupled via the signal light radiation input 15 directly into the active glass fiber 11 or into its core.
In der Ausbreitungsrichtung der eingehenden Laserstrahlung A schließt sich an den Signallichtstrah lungseingang 15 eine Pumplichtfalle 17 und hieran der aufgespuhlte Abschnitt der aktiven Glasfaser 11 an, so dass die aktive Glasfaser 11 durchgängig einstückig und unterbrechungs- bzw. verbindungsstellen frei vom Signallichtstrahlungseingang 15 bis zum aufgespuhlten mittigen Abschnitt verläuft. In the direction of propagation of the incoming laser radiation A, the signal light radiation input 15 is followed by a pump light trap 17 and this is followed by the coiled section of the active glass fiber 11, so that the active glass fiber 11 is consistently one-piece and free of interruption or connection points from the signal light radiation input 15 to the coiled central one Section runs.
An den aufgespuhlten Abschnitt der aktiven Glasfaser 11 schließt sich nach rechts hin ein Pumplicht koppler 16 an, welcher ebenfalls direkt an die durchgängig einstückig ausgeführte aktive Glasfaser 11 angebunden ist. Von rechts wird eine erste Pumplichtstrahlung C, welche von mehreren ersten Dioden lasern 14a erzeugt wird, welche gemeinsam eine erste Pumplichtquelle 14a bilden, in der entgegenge setzten Ausbreitungsrichtung gegenüber der eingehenden Laserstrahlung A in die aktive Glasfaser 11 eingekoppelt. Eine derartige Anordnung bzw. Ausrichtung der ersten Pumplichtquelle 14a kann als „Backward Pumping" bezeichnet werden. Hierdurch wird mittels der ersten Pumplichtstrahlung C über die gesamte Länge der aktiven Glasfaser 11 vom Pumplichtkoppler 16 bis zur Pumplichtfalle 17 eine Verstärkung der eingehenden Laserstrahlung A bewirkt, welche ab dem Verlassen des Pumplichtkopp lers 16 nach rechts als verstärkte Signallichtstrahlung B bzw. als verstärkte Laserstrahlung B bezeichnet werden kann. A pump light coupler 16, which is also connected directly to the active glass fiber 11, which is made continuously in one piece, adjoins the spooled-up section of the active glass fiber 11 to the right. From the right, a first pump light radiation C, which is generated by several first laser diodes 14a, which together form a first pump light source 14a, is coupled into the active glass fiber 11 in the opposite direction of propagation to the incoming laser radiation A. Such an arrangement or alignment of the first pump light source 14a can be referred to as "backward pumping". As a result, the incoming laser radiation A is amplified by means of the first pump light radiation C over the entire length of the active glass fiber 11 from the pump light coupler 16 to the pump light trap 17 after leaving the pump light coupler 16 to the right, this can be referred to as amplified signal light radiation B or as amplified laser radiation B.
Nach rechts hin erstreckt sich die aktive Glasfaser 11 weiter bis zu einem Signallichtstrahlungsausgang 18 hin, welcher auch als Faseraustrittsoptik 18 bezeichnet werden kann. Über den Signallichtstrahlungs ausgang 18 wird die verstärkte Laserstrahlung B nach außerhalb des Faserverstärkers 1 ausgekoppelt. Der Signallichtstrahlungsausgang 18 kann dabei als offenes Ende der aktiven Glasfaser 18 aber auch als angespleißte Einzelkomponente in Form einer optischen Linse 18, eines optischen Fensters 18 mit Anti- Reflektions-Beschichtung oder einer passiven Zuführungsglasfaser 18 ausgebildet sein. Hierdurch kann die eingehende Laserstrahlung A zur verstärkten Laserstrahlung B verstärkt und in dieser Form vom Fa serverstärker 1 zur Verfügung gestellt werden. To the right, the active glass fiber 11 extends further up to a signal light radiation output 18, which can also be referred to as fiber exit optics 18. The amplified laser radiation B is coupled out to the outside of the fiber amplifier 1 via the signal light radiation output 18. The signal light radiation output 18 can be used as the open end of the active glass fiber 18 but also as a spliced individual component in the form of an optical lens 18, an optical window 18 with anti- Reflective coating or a passive feed glass fiber 18 may be formed. In this way, the incoming laser radiation A can be amplified to form the amplified laser radiation B and made available in this form by the fiber amplifier 1.
Die Pumplichtfalle 17 ist dabei derartig ausgebildet, dass ein ausreichender Anteil der erste Pumplicht strahlung C als nicht-absorbierte erste Pumplichtstrahlung C' nach links zum Signallichtstrahlungsein gang 15 hin durchgelassen wird, so dass die optischen Eigenschaften der eingehenden Laserstrahlung A zumindest im Wesentlichen erhalten bleiben. Mit anderen Worten wird eine ausreichende Menge nicht- absorbierter erster Pumplichtstrahlung C' zwischen der Pumplichtfalle 17 und dem Signallichtstrah lungseingang 15 im Mantel der aktiven Glasfaser 11 geführt, so dass ein unerwünschtes Absorptions verhalten der aktiven Glasfaser 11 in diesem Bereich zumindest reduziert oder sogar vollständig vermie den werden kann. The pump light trap 17 is designed in such a way that a sufficient proportion of the first pump light radiation C is allowed to pass through as non-absorbed first pump light radiation C 'to the left to the signal light radiation input 15, so that the optical properties of the incoming laser radiation A are at least substantially retained. In other words, a sufficient amount of non-absorbed first pump light radiation C 'is guided between the pump light trap 17 and the Signalichtstrah treatment input 15 in the cladding of the active glass fiber 11, so that an undesirable absorption behavior of the active glass fiber 11 in this area is at least reduced or even completely avoided which can be.
Ein derartiger erfindungsgemäßer Faserverstärker 1 ist zumindest hinsichtlich des Pumplichtkopplers 16 und der Pumplichtfalle 17 unmittelbar an der sich durchgehend erstreckenden aktiven Glasfaser 1 mit tels laserbasierter Fertigungstechnik wie insbesondere mittels eines C02-Lasers oder mittels eines CO Lasers ausgebildet. Mit anderen Worten werden diejenigen Bearbeitungsschritte wie zum Beispiel Zie hen und Abtragen, welche zur Fertigung des Pumplichtkopplers 16 bzw. der Pumplichtfalle 17 erforder lich sind, mittels eines Laserstrahls direkt an der aktiven Glasfaser 1 vorgenommen. Anschließend kön nen weitere Fertigungsschritte des Pumplichtkopplers 16 bzw. der Pumplichtfalle 17 an diesen Abschnit ten der aktiven Glasfaser 1 ausgeführt werden. Die Anbindung des Signallichtstrahlungseingangs 15 und bzw. oder des Signallichtstrahlungsausgangs 18 als (jeweils) passive Einzelkomponente kann ebenfalls mittels eines Laserstrahls derselben Quelle in Form von Schweißen bzw. Spleißen erfolgen. Such a fiber amplifier 1 according to the invention is formed at least with regard to the pump light coupler 16 and the pump light trap 17 directly on the continuously extending active glass fiber 1 with means of laser-based manufacturing technology such as in particular by means of a CO 2 laser or a CO laser. In other words, those processing steps, such as drawing and ablation, which are required for manufacturing the pump light coupler 16 or the pump light trap 17, are carried out directly on the active glass fiber 1 by means of a laser beam. Further manufacturing steps of the pump light coupler 16 or the pump light trap 17 can then be carried out on these sections of the active glass fiber 1. The connection of the signal light radiation input 15 and / or the signal light radiation output 18 as a (each) passive individual component can also take place by means of a laser beam from the same source in the form of welding or splicing.
Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Faserverstärkers 1 gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels. In diesem zweiten Ausführungsbeispiel des Faserverstärkers 1 ist zusätz lich eine zweite Pumplichtquelle 14b in Form wenigstens eines zweiten Diodenlasers 14b vorgesehen, welche eine zweite Pumplichtstrahlung D erzeugt und entgegengesetzt der Ausbreitungsrichtung der ersten Pumplichtstrahlung C mittels des Pumplichtkopplers 16 in die aktive Glasfaser 11 eingekoppelt. Vergleichbar der nicht-absorbierten ersten Pumplichtstrahlung C' kann mittels der zweiten Pumplicht strahlung D auch im Bereich der aktiven Glasfaser 11 zwischen dem Pumplichtkoppler 16 und dem Si gnallichtstrahlungsausgang 18 ein unerwünschtes Absorptionsverhalten der aktiven Glasfaser 11 zumin dest reduziert oder sogar vollständig vermieden werden. FIG. 2 shows a schematic representation of a fiber amplifier 1 according to the invention in accordance with a second exemplary embodiment. In this second embodiment of the fiber amplifier 1, a second pump light source 14b in the form of at least one second diode laser 14b is provided, which generates a second pump light radiation D and is coupled into the active glass fiber 11 by means of the pump light coupler 16 opposite to the direction of propagation of the first pump light radiation C. Comparable to the non-absorbed first pump light radiation C ', an undesired absorption behavior of the active glass fiber 11 can at least be reduced or even completely avoided by means of the second pump light radiation D in the area of the active glass fiber 11 between the pump light coupler 16 and the signal light radiation output 18.
Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Faserverstärkers 1 gemäß eines dritten Ausführungsbeispiels. Der Faserverstärker 1 gemäß des dritten Ausführungsbeispiels entspricht dem Faserverstärker 1 gemäß des ersten Ausführungsbeispiels der Figur 1 mit dem Unterschied, dass in diesem Fall der Pumplichtkoppler 16 mit der ersten Pumplichtquelle 14a links des aufgespuhlten Ab- Schnitts der aktiven Glasfaser 11 und die Pumplichtfalle 17 entsprechend rechts hiervon angeordnet ist. Eine derartige Anordnung bzw. Ausrichtung der ersten Pumplichtquelle 14a kann als „Forward Pumping" bezeichnet werden. FIG. 3 shows a schematic representation of a fiber amplifier 1 according to the invention in accordance with a third exemplary embodiment. The fiber amplifier 1 according to the third exemplary embodiment corresponds to the fiber amplifier 1 according to the first exemplary embodiment in FIG. Section of the active glass fiber 11 and the pump light trap 17 is arranged accordingly to the right thereof. Such an arrangement or alignment of the first pump light source 14a can be referred to as “forward pumping”.
Figur 4 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Faserverstärkers 1 gemäß eines vierten Ausführungsbeispiels. Der Faserverstärker 1 gemäß des vierten Ausführungsbeispiels entspricht dem Faserverstärker 1 gemäß des dritten Ausführungsbeispiels der Figur 3 mit dem Unterschied, dass in diesem Fall zusätzlich die zweite Pumplichtquelle 14b gemäß des zweiten Ausführungsbeispiels der Figur 2 vorgesehen ist. FIG. 4 shows a schematic representation of a fiber amplifier 1 according to the invention in accordance with a fourth exemplary embodiment. The fiber amplifier 1 according to the fourth exemplary embodiment corresponds to the fiber amplifier 1 according to the third exemplary embodiment in FIG. 3, with the difference that in this case the second pump light source 14b according to the second exemplary embodiment in FIG. 2 is also provided.
Figur 5 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Faserlasers 1 gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels. Der Aufbau des Faserlasers 1 gemäß des ersten Ausführungsbeispiels der Figur 5 entspricht grundsätzlich dem Aufbau des Faserverstärkers 1 gemäß des ersten Ausführungsbeispiels der Figur 1. FIG. 5 shows a schematic representation of a fiber laser 1 according to the invention in accordance with a first exemplary embodiment. The structure of the fiber laser 1 in accordance with the first exemplary embodiment in FIG. 5 basically corresponds to the structure of the fiber amplifier 1 in accordance with the first exemplary embodiment in FIG. 1.
Gemäß der Funktionsweise von Faserlasern ist jedoch links der Pumplichtfalle 17 anstelle des Signal lichtstrahlungseingangs 15 ein hoch reflektierendes optisches Element 19a in Form eines hoch reflektie renden Faser-Bragg-Gitters 19a direkt an der aktiven Glasfaser 11 angeordnet. Eine resonatorinterne Laserstrahlung E kann die Pumplichtfalle 17 in beiden Richtungen unbeeinflusst durchlaufen und am hochreflektierenden optischen Element 19a zur Pumplichtfalle 17 hin zurück reflektiert werden. According to the functioning of fiber lasers, however, a highly reflective optical element 19a in the form of a highly reflective fiber Bragg grating 19a is arranged directly on the active glass fiber 11 on the left of the pump light trap 17 instead of the signal light radiation input 15. A resonator-internal laser radiation E can pass through the pump light trap 17 unaffected in both directions and be reflected back to the pump light trap 17 on the highly reflective optical element 19a.
Entsprechend ist zwischen dem Pumplichtkoppler 16 und dem Signallichtstrahlungsausgang 18 ein nied rig reflektierendes optisches Element 19b in Form eines niedrig reflektierenden Faser-Bragg-Gitters 19b direkt an der aktiven Glasfaser 11 angeordnet. Das niedrig reflektierende optische Element 19b reflek tiert lediglich einen Teil der resonatorinternen Laserstrahlung E zum Pumplichtkoppler 16 zurück und lässt den übrigen Teil der resonatorinternen Laserstrahlung E als auszukoppelnde Laserstrahlung F zum Signallichtstrahlungsausgang 18 hindurch, um diesen nach außerhalb des Faserlasers 1 als ausgekoppel te Laserstrahlung F zu verlassen. Correspondingly, a low-rig reflective optical element 19b in the form of a low-reflective fiber Bragg grating 19b is arranged directly on the active glass fiber 11 between the pump light coupler 16 and the signal light radiation output 18. The low-reflecting optical element 19b only reflects part of the laser radiation E inside the cavity to the pump light coupler 16 and allows the remaining part of the laser radiation E inside the cavity as laser radiation F to be coupled out to the signal light radiation output 18, in order to allow it to outside of the fiber laser 1 as coupled out laser radiation F. leaving.
Auch bei dem erfindungsgemäßen Faserlaser 1 erstreckt sich somit die aktive Glasfaser 11 vom hochre flektierenden optischen Element 19a bis zum Signallichtstrahlungsausgang 18 bzw. bei Verwendung einer Einzelkomponente als Signallichtstrahlungsausgang 18 bis kurz davor durchgängig einstückig. Hier durch können auch in diesem Fall Spleißstellen sowie deren Nachteile vermieden bzw. möglichst gering gehalten werden. In the fiber laser 1 according to the invention, too, the active glass fiber 11 extends from the highly reflective optical element 19a to the signal light radiation output 18 or, if a single component is used as the signal light radiation output 18, until shortly before it in one piece. In this case, too, splice points and their disadvantages can be avoided or kept as low as possible.
Figur 6 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Faserlasers 1 gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels. Der Aufbau des Faserlasers 1 gemäß des zweiten Ausführungsbeispiels der Figur 6 entspricht dem Aufbau des Faserlasers 1 gemäß des ersten Ausführungsbeispiels der Figur 5. Zusätzlich ist auch hier die zweite Pumplichtquelle 14b vorhanden, wie beim zweiten Ausführungsbeispiel des Fa serverstärkers 1 gemäß der Figur 2 beschrieben. Auch der erfindungsgemäße Faserlasers 1 kann mittels laserbasierter Fertigungstechnik hergestellt werden, wie zuvor hinsichtlich des erfindungsgemäßen Fa serverstärkers 1 beschrieben. FIG. 6 shows a schematic representation of a fiber laser 1 according to the invention in accordance with a second exemplary embodiment. The structure of the fiber laser 1 in accordance with the second exemplary embodiment in FIG. 6 corresponds to the structure of the fiber laser 1 in accordance with the first exemplary embodiment in FIG. 5. In addition the second pump light source 14b is also present here, as described in the second exemplary embodiment of the fiber amplifier 1 according to FIG. The fiber laser 1 according to the invention can also be produced by means of laser-based manufacturing technology, as described above with regard to the fiber amplifier 1 according to the invention.
Figur 7 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Faserlasers 1 gemäß eines dritten Ausführungsbeispiels. Der Aufbau des Faserlasers 1 gemäß des dritten Ausführungsbeispiels der Figur 7 entspricht dem Aufbau des Faserlasers 1 gemäß des ersten Ausführungsbeispiels der Figur 5 mit dem Unterschied, dass in diesem Fall das niedrig reflektierende optische Element 19b links vom Pumplicht koppler 16 und vor dem aufgespuhlten Abschnitt der aktiven Glasfaser 11 angeordnet ist. FIG. 7 shows a schematic representation of a fiber laser 1 according to the invention in accordance with a third exemplary embodiment. The structure of the fiber laser 1 according to the third exemplary embodiment in FIG. 7 corresponds to the structure of the fiber laser 1 according to the first exemplary embodiment in FIG active glass fiber 11 is arranged.
Figur 8 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Faserlasers 1 gemäß eines vierten Ausführungsbeispiels. Der Aufbau des Faserlasers 1 gemäß des vierten Ausführungsbeispiels der Figur 8 entspricht dem Aufbau des Faserlasers 1 gemäß des dritten Ausführungsbeispiels der Figur 7 mit dem Unterschied, dass in diesem Fall zusätzlich die zweite Pumplichtquelle 14b vorhanden ist, wie beim zwei ten Ausführungsbeispiel des Faserlasers 1 gemäß der Figur 2 beschrieben. FIG. 8 shows a schematic representation of a fiber laser 1 according to the invention in accordance with a fourth exemplary embodiment. The structure of the fiber laser 1 in accordance with the fourth exemplary embodiment in FIG. 8 corresponds to the structure of the fiber laser 1 in accordance with the third exemplary embodiment in FIG of Figure 2 described.
Figur 9 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Faserlasers 1 gemäß eines fünften Ausführungsbeispiels. Der Aufbau des Faserlasers 1 gemäß des fünften Ausführungsbeispiels der Figur 9 entspricht dem Aufbau des Faserlasers 1 gemäß des ersten Ausführungsbeispiels der Figur 5 mit dem Unterschied, dass in diesem Fall das hoch reflektierende optische Element 19a links von dem aufgesp uhlten Abschnitt der aktiven Glasfaser 11 und vor der Pumplichtfalle 17 angeorndet ist. Da die aktive Glasfaser 11 in diesem Fall links der Pumplichtfalle 17 keine resonatorinterne Laserstrahlung E mehr aufweist, kann die Pumplichtfalle 17 die erste Pumplichtstrahlung C vollständig aus dem Mantel der aktiven Glasfaser 11 entfernen. FIG. 9 shows a schematic representation of a fiber laser 1 according to the invention in accordance with a fifth exemplary embodiment. The structure of the fiber laser 1 according to the fifth embodiment of FIG. 9 corresponds to the structure of the fiber laser 1 according to the first embodiment of FIG is arranged in front of the pump light trap 17. Since the active glass fiber 11 in this case to the left of the pump light trap 17 no longer has any resonator-internal laser radiation E, the pump light trap 17 can completely remove the first pump light radiation C from the cladding of the active glass fiber 11.
Figur 10 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Faserlasers 1 gemäß eines sechs ten Ausführungsbeispiels. Der Aufbau des Faserlasers 1 gemäß des sechsten Ausführungsbeispiels der Figur 10 entspricht dem Aufbau des Faserlasers 1 gemäß des fünften Ausführungsbeispiels der Figur 9 mit dem Unterschied, dass in diesem Fall zusätzlich die zweite Pumplichtquelle 14b vorhanden ist, wie beim zweiten Ausführungsbeispiel des Faserlasers 1 gemäß der Figur 2 beschrieben. FIG. 10 shows a schematic representation of a fiber laser 1 according to the invention in accordance with a sixth exemplary embodiment. The structure of the fiber laser 1 according to the sixth embodiment of FIG. 10 corresponds to the structure of the fiber laser 1 according to the fifth embodiment of FIG Figure 2 described.
Figur 11 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Faserlasers 1 gemäß eines sieb ten Ausführungsbeispiels. Der Aufbau des Faserlasers 1 gemäß des siebten Ausführungsbeispiels der Figur 11 entspricht dem Aufbau des Faserlasers 1 gemäß des ersten Ausführungsbeispiels der Figur 5 mit dem Unterschied, dass in diesem Fall sowohl das hoch reflektierende optische Element 19a links von dem aufgespuhlten Abschnitt der aktiven Glasfaser 11 und vor der Pumplichtfalle 17 als auch das niedrig reflektierende optische Element 19b links vom Pumplichtkoppler 16 und vor dem aufgespuhlten Ab- schnitt der aktiven Glasfaser 11 angeordnet ist, wie jeweils für sich in dem dritten Ausführungsbeispiel der Figur 7 und in dem fünften Ausführungsbeispiel der Figur 9 beschrieben. Auch in diesem Fall weist die aktive Glasfaser 11 links der Pumplichtfalle 17 keine resonatorinterne Laserstrahlung E mehr auf und die Pumplichtfalle 17 kann die erste Pumplichtstrahlung C vollständig aus dem Mantel der aktiven Glas- faser 11 entfernen. FIG. 11 shows a schematic representation of a fiber laser 1 according to the invention in accordance with a seventh exemplary embodiment. The structure of the fiber laser 1 according to the seventh embodiment of FIG. 11 corresponds to the structure of the fiber laser 1 according to the first embodiment of FIG in front of the pump light trap 17 as well as the low-reflecting optical element 19b to the left of the pump light coupler 16 and in front of the spooled-up Section of the active glass fiber 11 is arranged, as described in each case in the third exemplary embodiment in FIG. 7 and in the fifth exemplary embodiment in FIG. In this case too, the active glass fiber 11 to the left of the pump light trap 17 no longer has any resonator-internal laser radiation E and the pump light trap 17 can completely remove the first pump light radiation C from the cladding of the active glass fiber 11.
Figur 12 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Faserlasers 1 gemäß eines ach ten Ausführungsbeispiels. Der Aufbau des Faserlasers 1 gemäß des achten Ausführungsbeispiels der Figur 12 entspricht dem Aufbau des Faserlasers 1 gemäß des siebten Ausführungsbeispiels der Figur 11 mit dem Unterschied, dass in diesem Fall zusätzlich die zweite Pumplichtquelle 14b vorhanden ist, wie beim zweiten Ausführungsbeispiel des Faserlasers 1 gemäß der Figur 2 beschrieben. FIG. 12 shows a schematic representation of a fiber laser 1 according to the invention in accordance with an eighth exemplary embodiment. The structure of the fiber laser 1 according to the eighth embodiment of FIG. 12 corresponds to the structure of the fiber laser 1 according to the seventh embodiment of FIG Figure 2 described.
Figuren 13 bis 18 zeigen neunte bis vierzehnte Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Faserla sers 1, welche den ersten bis fünften und siebten Ausführungsbeispielen der Figuren 5 bis 9 und 11 ent sprechen, jedoch mit einer umgekehrten Ausbreitungsrichtung der ersten Pumplichtstrahlung C. Diesen Anordnungen können ebenfalls als „Forward Pumping" bezeichnet werden. FIGS. 13 to 18 show ninth to fourteenth exemplary embodiments of a fiber laser 1 according to the invention, which correspond to the first to fifth and seventh exemplary embodiments of FIGS Pumping "are called.
BEZUGSZEICHENLISTE (Teil der Beschreibung) REFERENCE CHARACTERISTICS LIST (part of the description)
A eingehende Signallichtstrahlung; eingehende Laserstrahlung A incoming signal light radiation; incoming laser radiation
B verstärkte Signallichtstrahlung; verstärkte Laserstrahlung B increased signal light radiation; amplified laser radiation
C erste Pumplichtstrahlung C first pump light radiation
C' nicht-absorbierte erste Pumplichtstrahlung C 'non-absorbed first pump light radiation
D zweite Pumplichtstrahlung D second pump light radiation
E resonatorinterne Laserstrahlung E laser radiation inside the cavity
F auszukoppelnde bzw. ausgekoppelte Laserstrahlung F laser radiation to be coupled out or coupled out
I Faserverstärker; Faserlaser I fiber amplifier; Fiber laser
II aktive Glasfaser II active glass fiber
13 Signallichtquelle; Laserstrahlquelle 13 signal light source; Laser beam source
14a erste Pumplichtquelle; erste Diodenlaser 14a first pump light source; first diode laser
14b zweite Pumplichtquellen; zweite Diodenlaser 14b second pump light sources; second diode laser
15 Signallichtstrahlungseingang; Faserkonnektor 15 signal light radiation input; Fiber connector
16 Pumplichtkoppler 16 pump light couplers
17 Pumplichtfalle 17 pump light trap
18 Signallichtstrahlungsausgang; Faseraustrittsoptik; optische Linse, optisches Fenster mit Anti- Reflektions-Beschichtung; passive Zuführungsglasfaser 18 signal light radiation output; Fiber exit optics; optical lens, optical window with anti-reflection coating; passive feeder fiber
19a hoch reflektierendes optischen Element, hoch reflektierendes Faser-Bragg-Gitter 19b niedrig reflektierendes optisches Element; niedrig reflektierendes Faser-Bragg-Gitter 19a highly reflective optical element, highly reflective fiber Bragg grating 19b low reflective optical element; low reflective fiber Bragg grating

Claims

PATENTANSPRÜCHE PATENT CLAIMS
1. Faserverstärker (1) oder Faserlaser (1) mit wenigstens einer aktiven Glasfaser (11) mit wenigstens einem Kern zur Führung wenigstens einer Signallichtstrahlung (A, B, F) oder einer resonatorinternen Laserstrahlung (E) und mit wenigstens einem Mantel zur Führung wenigstens einer ersten Pumplichtstrahlung (C,1. Fiber amplifier (1) or fiber laser (1) with at least one active glass fiber (11) with at least one core for guiding at least one signal light radiation (A, B, F) or a resonator-internal laser radiation (E) and with at least one cladding for guiding at least a first pump light radiation (C,
C'), mit wenigstens einer ersten Pumplichtquelle (14a), welche ausgebildet ist, die erste Pumplicht strahlung (C) zu erzeugen, wobei die erste Pumplichtquelle (14a) vorzugsweise wenigstens einen ersten Diodenlaser (14a), besonders vorzugsweise eine Mehrzahl von ersten Diodenlasern (14a), aufweist, und mit wenigstens einem Pumplichtkoppler (16), welcher mit der ersten Pumplichtquelle (14a) ver bunden und ausgebildet ist, um die erste Pumplichtstrahlung (C) von der ersten Pumplichtquelle (14a) zu erhalten, wobei der Pumplichtkoppler (16) direkt mit der aktiven Glasfaser (11) verbunden und ausgebildet ist, die erste Pumplichtstrahlung (C) direkt wenigstens in den Mantel der aktiven Glasfaser (11) einzukoppeln, gekennzeichnet durch wenigstens eine Pumplichtfalle (17), welche direkt mit der aktiven Glasfaser (11) verbunden und ausgebildet ist, um die erste Pumplichtstrahlung (C) wenigstens teilweise aus wenigstens dem Mantel der aktiven Glasfaser (11) abzuführen, wobei wenigstens der Kern der aktiven Glasfaser (11), vorzugsweise die aktive Glasfaser (11), zwi schen dem Pumplichtkoppler (16) und der Pumplichtfalle (17) durchgängig einstückig ausgebildet ist. C '), with at least one first pump light source (14a) which is designed to generate the first pump light radiation (C), the first pump light source (14a) preferably at least one first diode laser (14a), particularly preferably a plurality of first diode lasers (14a), and with at least one pump light coupler (16) which is connected to the first pump light source (14a) and is designed to receive the first pump light radiation (C) from the first pump light source (14a), the pump light coupler ( 16) is connected directly to the active glass fiber (11) and is designed to couple the first pump light radiation (C) directly at least into the cladding of the active glass fiber (11), characterized by at least one pump light trap (17) which connects directly to the active glass fiber ( 11) is connected and designed to at least partially dissipate the first pump light radiation (C) from at least the cladding of the active glass fiber (11), at least the core d he active glass fiber (11), preferably the active glass fiber (11), between tween the pump light coupler (16) and the pump light trap (17) is continuously formed in one piece.
2. Faserverstärker (1) oder Faserlaser (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich wenigstens der Kern der aktiven Glasfaser (11), vorzugsweise die aktive Glasfaser (11), dem Pumplichtkoppler (16) abgewandt zumindest abschnittsweise von der Pumplichtfalle (17) weg er streckt und dass die Pumplichtfalle (17) ausgebildet ist, einen ausreichenden Anteil der erste Pumplichtstrahlung (C) als nicht-absorbierte erste Pumplichtstrahlung (C') hindurchzulassen, so dass die optischen Ei genschaften der Signallichtstrahlung (A, B, F) oder der resonatorinternen Laserstrahlung (E) zu mindest im Wesentlichen von der Pumplichtfalle (17) weg zumindest abschnittsweise erhalten bleiben. 2. Fiber amplifier (1) or fiber laser (1) according to claim 1, characterized in that at least the core of the active glass fiber (11), preferably the active glass fiber (11), faces away from the pump light coupler (16), at least in sections, from the pump light trap ( 17) away he stretches and that the pump light trap (17) is designed to allow a sufficient proportion of the first pump light radiation (C) to pass through as non-absorbed first pump light radiation (C '), so that the optical properties of the signal light radiation (A, B, F) or the laser radiation inside the cavity (E. ) are retained at least substantially away from the pump light trap (17), at least in sections.
3. Faserverstärker (1) oder Faserlaser (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich wenigstens der Kern der aktiven Glasfaser (11), vorzugsweise die aktive Glasfaser (11), dem Pumplichtkoppler (16) abgewandt jenseits der Pumplichtfalle (17) zumindest abschnittsweise er streckt und dass die Pumplichtfalle (17) ausgebildet ist, wenigstens 10 % der nicht in der aktiven Glasfaser (1) ab sorbierten ersten Pumplichtstrahlung (C) als nicht-absorbierte erste Pumplichtstrahlung (C') hin durchzulassen. 3. fiber amplifier (1) or fiber laser (1) according to claim 1 or 2, characterized in that at least the core of the active glass fiber (11), preferably the active glass fiber (11), facing away from the pump light coupler (16) beyond the pump light trap ( 17) at least in sections it stretches and that the pump light trap (17) is designed to allow at least 10% of the first pump light radiation (C) not sorbed in the active glass fiber (1) to pass as unabsorbed first pump light radiation (C ').
4. Faserverstärker (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens einen Signallichtstrahlungseingang (15), welcher direkt mit der aktiven Glasfaser (11) verbunden und ausgebildet ist, um die Signallichtstrahlung (A) als eingehende Signallichtstrahlung (A) von außerhalb des Faserverstärkers (1) zu erhalten und zumindest im Wesentlichen direkt we nigstens in den Kern der aktiven Glasfaser (11) einzukoppeln, wobei wenigstens der Kern der aktiven Glasfaser (11), vorzugsweise die aktive Glasfaser (11), zwi schen dem Signallichtstrahlungseingang (15), dem Pumplichtkoppler (16) und der Pumplichtfalle4. fiber amplifier (1) according to one of the preceding claims, characterized by at least one signal light radiation input (15) which is connected directly to the active glass fiber (11) and is designed to receive the signal light radiation (A) as incoming signal light radiation (A) from outside the To obtain fiber amplifier (1) and at least substantially directly to couple at least into the core of the active glass fiber (11), at least the core of the active glass fiber (11), preferably the active glass fiber (11), between the signal light radiation input (15) , the pump light coupler (16) and the pump light trap
(17) durchgängig einstückig ausgebildet ist. (17) is formed in one piece throughout.
5. Faserverstärker (1) oder Faserlaser (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens einen Signallichtstrahlungsausgang (18), welcher direkt mit der aktiven Glasfaser (11) verbunden und ausgebildet ist, um die Signallichtstrahlung (B, F) als verstärkte Signallichtstrah lung (B) oder als ausgekoppelte Signallichtstrahlung (F) oder die resonatorinterne Laserstrahlung (E) zu erhalten und nach außerhalb des Faserverstärkers (1) oder des Faserlasers (1) hin abzuge ben, wobei wenigstens der Kern der aktiven Glasfaser (11), vorzugsweise die aktive Glasfaser (11), zwi schen dem Pumplichtkoppler (16), der Pumplichtfalle (17) und dem Signallichtstrahlungsausgang5. fiber amplifier (1) or fiber laser (1) according to one of the preceding claims, characterized by at least one signal light radiation output (18) which is directly connected to the active glass fiber (11) and designed to amplify the signal light radiation (B, F) Signal light radiation (B) or as decoupled signal light radiation (F) or the resonator-internal laser radiation (E) and to be given outside of the fiber amplifier (1) or the fiber laser (1), whereby at least the core of the active glass fiber (11), preferably the active glass fiber (11), between tween the pump light coupler (16), the pump light trap (17) and the signal light radiation output
(18) durchgängig einstückig ausgebildet ist, wobei der Signallichtstrahlungsausgang (18) vorzugsweise eine optische Linse (18), ein optisches Fenster (18) mit Anti-Reflektions-Beschichtung oder eine passive Zuführungsglasfaser (18) ist. (18) is formed in one piece throughout, wherein the signal light radiation output (18) is preferably an optical lens (18), an optical window (18) with anti-reflection coating or a passive feed glass fiber (18).
6. Faserverstärker (1) nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens der Kern der aktiven Glasfaser (11), vorzugsweise die aktive Glasfaser (11), zwischen dem Signallichtstrahlungseingang (15) und dem Signallichtstrahlungsausgang (18) durchgängig einstückig ausgebildet ist. 6. fiber amplifier (1) according to claim 4 and 5, characterized in that at least the core of the active glass fiber (11), preferably the active glass fiber (11), between the signal light radiation input (15) and the signal light radiation output (18) is continuously formed in one piece .
7. Faserlaser (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 oder 5, gekennzeichnet durch wenigstens ein hoch reflektierendes optisches Element (19a), vorzugsweise wenigstens ein hoch reflektierenden Faser-Bragg-Gitter (19a), welches direkt mit der aktiven Glasfaser (11) verbunden und ausgebildet ist, um die resonatorinterne Laserstrahlung (E) zu erhalten und zu reflektieren, wobei wenigstens der Kern der aktiven Glasfaser (11), vorzugsweise die aktive Glasfaser (11), zwischen dem Pumplichtkoppler (16) und dem hoch reflektierenden optischen Element (19a), zwischen der Pumplichtfalle (17) und dem hoch reflektierenden optischen Element (19a) oder zwischen dem Pumplichtkoppler (16), der Pumplichtfalle (17) und dem hoch reflektieren den optischen Element (19a) durchgängig einstückig ausgebildet ist. 7. fiber laser (1) according to one of claims 1 to 3 or 5, characterized by at least one highly reflective optical element (19a), preferably at least one highly reflective fiber Bragg grating (19a), which connects directly to the active glass fiber (11 ) is connected and designed to receive and reflect the resonator-internal laser radiation (E), at least the core of the active glass fiber (11), preferably the active glass fiber (11), between the pump light coupler (16) and the highly reflective optical element (19a), between the pump light trap (17) and the highly reflective optical element (19a) or between the pump light coupler (16), the pump light trap (17) and the highly reflective optical element (19a) is formed continuously in one piece.
8. Faserlaser (1) nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch wenigstens ein niedrig reflektierendes optisches Element (19b), vorzugsweise wenigstens ein niedrigreflektierendes Faser-Bragg-Gitter (19b), welches direkt mit der aktiven Glasfaser (11) ver bunden und ausgebildet ist, um die resonatorinterne Laserstrahlung (E) zu erhalten und teilweise zu reflektieren sowie teilweise hindurchzulassen, wobei wenigstens der Kern der aktiven Glasfaser (11), vorzugsweise die aktive Glasfaser (11), zwischen dem Pumplichtkoppler (16) und dem niedrig reflektierenden optischen Element (19b), zwischen der Pumplichtfalle (17) und dem niedrig reflektierenden optischen Element (19b) oder zwischen dem Pumplichtkoppler (16), der Pumplichtfalle (17) und dem niedrig reflektieren den optischen Element (19b) durchgängig einstückig ausgebildet ist. 8. fiber laser (1) according to claim 7, characterized by at least one low-reflecting optical element (19b), preferably at least one low-reflecting fiber Bragg grating (19b) which is directly connected to the active glass fiber (11) and is formed, in order to receive the resonator-internal laser radiation (E) and to partially reflect it and partially let it through, whereby at least the core of the active glass fiber (11), preferably the active glass fiber (11), is between the pump light coupler (16) and the low-reflecting optical element (19b ), between the pump light trap (17) and the low reflective optical element (19b) or between the pump light coupler (16), the pump light trap (17) and the low reflect the optical element (19b) is formed continuously in one piece.
9. Faserverstärker (1) oder Faserlaser (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aktive Glasfaser (11) abschnittsweise, vorzugsweise zwischen dem Pumplichtkoppler (16) und der Pumplichtfalle (17), aufgespult ist. 9. Fiber amplifier (1) or fiber laser (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the active glass fiber (11) is wound up in sections, preferably between the pump light coupler (16) and the pump light trap (17).
10. Faserverstärker (1) oder Faserlaser (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumplichtkoppler (16) ausgebildet ist, die erste Pumplichtstrahlung (C) in derselben Ausbrei tungsrichtung wie die Signallichtstrahlung (A, B, F) direkt wenigstens in den Mantel der aktiven Glasfaser (11) einzukoppeln. 10. Fiber amplifier (1) or fiber laser (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the pump light coupler (16) is designed to direct the first pump light radiation (C) in the same direction of propagation as the signal light radiation (A, B, F) at least to be coupled into the cladding of the active glass fiber (11).
11. Faserverstärker (1) oder Faserlaser (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumplichtkoppler (16) ausgebildet ist, die erste Pumplichtstrahlung (C) in der entgegensetzten Ausbreitungsrichtung wie die Signallichtstrahlung (A, B, F) direkt wenigstens in den Mantel der ak tiven Glasfaser (11) einzukoppeln. 11. fiber amplifier (1) or fiber laser (1) according to one of claims 1 to 9, characterized in that the pump light coupler (16) is designed, the first pump light radiation (C) in the opposite direction of propagation as the signal light radiation (A, B, F ) at least to be coupled directly into the jacket of the active glass fiber (11).
12. Faserverstärker (1) oder Faserlaser (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens eine zweite Pumplichtquelle (14b), welche ausgebildet ist, eine zweite Pumplicht strahlung (D) zu erzeugen, wobei der Pumplichtkoppler (16) ferner mit der zweiten Pumplichtquelle (14b) verbunden und ausgebildet ist, um die zweite Pumplichtstrahlung (D) von der zweiten Pumplichtquelle (14b) zu erhalten, und wobei der Pumplichtkoppler (16) ferner ausgebildet ist, die zweite Pumplichtstrahlung (D) entge gengesetzt der Ausbreitungsrichtung der ersten Pumplichtstrahlung (C) direkt wenigstens in den Mantel der aktiven Glasfaser (11) einzukoppeln, wobei die zweite Pumplichtquelle (14b) vorzugsweise wenigstens einen zweiten Diodenlaser (14b), besonders vorzugsweise eine Mehrzahl von zweiten Diodenlasern (14b), aufweist. 12. fiber amplifier (1) or fiber laser (1) according to any one of the preceding claims, characterized by at least one second pump light source (14b) which is designed to generate a second pump light radiation (D), wherein the pump light coupler (16) further with the second pump light source (14b) is connected and designed to receive the second pump light radiation (D) from the second pump light source (14b), and wherein the pump light coupler (16) is further designed, the second pump light radiation (D) opposite to the direction of propagation of the first Coupling pump light radiation (C) directly at least into the cladding of the active glass fiber (11), the second pump light source (14b) preferably having at least one second diode laser (14b), particularly preferably a plurality of second diode lasers (14b).
13. Faserverstärker (1) oder Faserlaser (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass sich wenigstens der Kern der aktiven Glasfaser (11), vorzugsweise die aktive Glasfaser (11), der Pumplichtfalle (17) abgewandt zumindest abschnittsweise von dem Pumplichtkoppler (16) weg erstreckt und dass die zweite Pumplichtquelle (14b) ausgebildet ist, die zweite Pumplichtstrahlung (D) derart zu er zeugen, so dass die optischen Eigenschaften der Signallichtstrahlung (A, B, F) oder der resonato rinternen Laserstrahlung (E) zumindest im Wesentlichen von dem Pumplichtkoppler (16) weg zu mindest abschnittsweise erhalten bleiben. 13. Fiber amplifier (1) or fiber laser (1) according to claim 12, characterized in that at least the core of the active glass fiber (11), preferably the active glass fiber (11), faces away from the pump light trap (17), at least in sections, from the pump light coupler ( 16) extends away and that the second pump light source (14b) is designed to generate the second pump light radiation (D) in such a way that the optical properties of the signal light radiation (A, B, F) or the resonator-internal laser radiation (E) at least in Essentially, at least in sections, are retained away from the pump light coupler (16).
14. Lasersystem mit wenigstens einem Faserverstärker (1) und/oder mit wenigstens einem Faserlaser (1) nach ei nem der vorangehenden Ansprüche. 14. Laser system with at least one fiber amplifier (1) and / or with at least one fiber laser (1) according to one of the preceding claims.
15. Verfahren zur Fertigung eines Faserverstärkers (1) oder eines Faserlasers (1) nach einem der An sprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Fertigung wenigstens des Pumplichtkopplers (16) und der Pumplichtfalle (17), vorzugsweise ferner des Signallichtstrahlungseingangs (15) und/oder des Signallichtstrahlungsausgangs (18), di rekt an der aktiven Glasfaser (1) mit laserbasierter Fertigungstechnik, vorzugsweise mittels eines C02-Lasers oder mittels eines CO Lasers, erfolgt, wobei die Fertigung vorzugsweise die Schritte des Ziehens, des Schweißens und/oder des Abtra gens an der aktiven Glasfaser (1) umfasst. 15. A method for manufacturing a fiber amplifier (1) or a fiber laser (1) according to one of claims 1 to 13, characterized in that the manufacture of at least the pump light coupler (16) and the pump light trap (17), preferably also the signal light radiation input (15 ) and / or the signal light radiation output (18), directly on the active glass fiber (1) with laser-based manufacturing technology, preferably by means of a C0 2 laser or by means of a CO laser, with the production preferably comprising the steps of drawing, welding and / or the Abtra gene on the active glass fiber (1).
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