RU2791162C1 - Spectral supplementing system for radiation of fiber optical lasers - Google Patents

Spectral supplementing system for radiation of fiber optical lasers Download PDF

Info

Publication number
RU2791162C1
RU2791162C1 RU2022118664A RU2022118664A RU2791162C1 RU 2791162 C1 RU2791162 C1 RU 2791162C1 RU 2022118664 A RU2022118664 A RU 2022118664A RU 2022118664 A RU2022118664 A RU 2022118664A RU 2791162 C1 RU2791162 C1 RU 2791162C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
radiation
fiber
output
laser
width
Prior art date
Application number
RU2022118664A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Анатолий Викторович Исаев
Наталья Борисовна Ярулина
Андрей Владимирович Загидулин
Андрей Владимирович Березин
Даниил Владимирович Сарасеко
Константин Андреевич Денисенко
Original Assignee
Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом")
Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики имени академика Е.И. Забабахина"
Filing date
Publication date
Application filed by Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом"), Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики имени академика Е.И. Забабахина" filed Critical Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом")
Application granted granted Critical
Publication of RU2791162C1 publication Critical patent/RU2791162C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: light inputting technology.
SUBSTANCE: invention relates to technology for inputting light coming from several fiber laser devices into one optical component and controlling radiation coming from similar laser devices, and can be used in the manufacture of high power laser technology. The system of spectral combining of radiation from fiber-optic lasers contains radiation sources, one of which is the main one and is optically connected to selective elements, which are connected to additional radiation sources. Each radiation source is equipped with two fiber Bragg gratings, one of which is highly reflective, and the other is output, while the width of the reflection spectrum of the highly reflective grating is greater than the width of the output spectrum. Selective elements and fiber Bragg gratings are equipped with a thermal stabilization system, the width of the reflection spectrum of the two gratings of the main radiation source is greater than the width of the reflection spectrum of the two gratings of each of the additional radiation sources, the output power of the main radiation source is at least twice the output power of each of the additional sources.
EFFECT: increase in the output power of laser radiation while maintaining the quality of radiation close to diffraction.
4 cl, 1 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к технологии ввода света, выходящего из нескольких волоконных лазерных устройств, в один оптический компонент и управлению излучением, выходящим из аналогичных лазерных устройств, и может быть использовано при изготовлении лазерной техники повышенной мощности.The present invention relates to the technology of inputting light coming from several fiber laser devices into one optical component and controlling the radiation coming from similar laser devices, and can be used in the manufacture of high-power laser technology.

Важнейшим достоинством лазеров является возможность получения дифракционного качества излучения, т.е. генерации одной поперечной моды. Увеличение предельной мощности излучения в таком режиме ограничивается некоторыми физическими факторами. Например, в волоконных лазерах одномодовый режим генерации обеспечивается малым диаметром сердцевины применяемого волокна, однако, это приводит к уменьшению порогов возникновения вынужденного комбинационного рассеяния и пробоя активной среды. Дальнейшее увеличение мощности возможно осуществить лишь путем объединения излучения отдельных мощных оптоволоконных лазеров с диодной накачкой различными способами. Одним из способов получения излучения большой мощности с высоким дифракционным качеством является спектральное сложение, который заключается в объединении коллимированного излучения нескольких одномодовых лазеров с разными длинами волн генерации с помощью селективных элементов в один луч.The most important advantage of lasers is the possibility of obtaining the diffraction quality of radiation, i.e. generation of one transverse mode. An increase in the limiting radiation power in this mode is limited by some physical factors. For example, in fiber lasers, single-mode generation is ensured by the small diameter of the core of the fiber used, however, this leads to a decrease in the thresholds for stimulated Raman scattering and breakdown of the active medium. A further increase in power can be achieved only by combining the radiation of individual powerful fiber-optic lasers with diode pumping in various ways. One way to obtain high-power radiation with high diffraction quality is spectral addition, which consists in combining the collimated radiation of several single-mode lasers with different generation wavelengths using selective elements into one beam.

При этом, высокие требования к ширине линии генерации объединяемых лазерных источников (что обусловлено спектральными характеристиками селективных элементов) усложняют решение задачи увеличения суммарной оптической мощности лазерного излучения (Вт) и получения качества излучения близким к дифракционному.At the same time, high requirements for the generation linewidth of the combined laser sources (due to the spectral characteristics of the selective elements) complicate the solution of the problem of increasing the total optical power of laser radiation (W) and obtaining a radiation quality close to diffractive.

Известен «Пятикиловаттный мощный усилитель оптоволоконного лазера с узкой шириной спектральной линии». Статья Китай. Zhimeng Huang, Rumao Tao. «5kW Record High Power Narrow Linewidth Laser From Traditional Step-Index Monolithic Fiber Amplifier / IEEE Photonics Technology Letters, 2021.Known "Five kilowatt powerful amplifier fiber laser with a narrow spectral linewidth". Article China. Zhimeng Huang, Rumao Tao. “5kW Record High Power Narrow Linewidth Laser From Traditional Step-Index Monolithic Fiber Amplifier / IEEE Photonics Technology Letters, 2021.

В статье описан мощный иттербиевый волоконный усилитель длиной волны 1064 нм на стандартном оптоволокне со ступенчатым изменением показателя преломления моды. Благодаря проведенным научным исследованиям удалось достичь технических характеристик иттербиевого оптоволоконного лазера с узкой шириной спектральной линии 0,37 нм с выходной оптической мощностью до 5 кВт. В работе проведены исследования в направлении повышения качества охлаждения нагревающихся элементов лазерной системы. Система состоит из основного генератора, в качестве которого выступает узкополосный иттербиевый волоконный лазер с несколькими каскадами усиления, а также из цельноволоконного оптоволоконного усилителя с полупроводниковыми источниками накачки.The article describes a powerful ytterbium fiber amplifier with a wavelength of 1064 nm on a standard fiber with a step change in the refractive index of the mode. Thanks to the scientific research carried out, it was possible to achieve the technical characteristics of an ytterbium fiber laser with a narrow spectral linewidth of 0.37 nm and an output optical power of up to 5 kW. In this work, studies were carried out in the direction of improving the quality of cooling of the heating elements of the laser system. The system consists of the main oscillator, which is a narrow-band ytterbium fiber laser with several amplification stages, as well as an all-fiber fiber-optic amplifier with semiconductor pump sources.

Однако из-за увеличения нагрева волокна и проблемами с отведением тепла от нагревающихся элементов лазерной системы в целом, повышение выходной лазерной мощности ограничено возникновением нелинейных и тепловых эффектов, особенно неустойчивости моды. В дополнение к стимулируемому Рамановскому рассеянию, получению высокой мощности с узкой шириной спектральной линии препятствовало также и стимулируемое рассеяние Мандельштама-Бриллюэна из-за узкой ширины спектральной линии. Для достижения указанной мощности применена фазовая модуляция в основном лазере, а цельноволоконный усилитель выполнен на волокне с увеличенной сердцевиной, что позволяет повысить порог возникновения нелинейных эффектов.However, due to the increase in fiber heating and problems with heat removal from the heating elements of the laser system as a whole, the increase in laser output power is limited by the occurrence of nonlinear and thermal effects, especially mode instability. In addition to stimulated Raman scattering, obtaining high power with a narrow linewidth was also hindered by stimulated Brillouin scattering due to the narrow linewidth. To achieve the specified power, phase modulation was used in the main laser, and the all-fiber amplifier is made on a fiber with an enlarged core, which makes it possible to increase the threshold for the occurrence of nonlinear effects.

Одновременно следует отметить, что порог нелинейных эффектов гораздо ниже у волоконных лазеров с узкой шириной спектральной линии.At the same time, it should be noted that the threshold of nonlinear effects is much lower for fiber lasers with a narrow spectral linewidth.

Известен патент РФ №2700723 МПК В23К 26/00, H01S 3/067 опубл. 19.09.2019 под названием «Волоконная лазерная система со множеством пучков».Known RF patent No. 2700723 IPC V23K 26/00, H01S 3/067 publ. 09/19/2019 under the title "Fiber laser system with multiple beams".

Данное изобретение относится к технологии ввода света, выходящего из нескольких волоконных лазерных устройств, в один оптический компонент, и управлению излучением, выходящим из таких лазерных устройств. Система содержит множество модулей волоконной лазерной системы, множество выходных волокон и объемный оптический элемент. Модули волоконной лазерной системы создают множество отдельных пучков выходного излучения волоконного лазера. Соответствующие пучки выходного излучения различаются одной или несколькими характеристиками пучка. Каждое из выходных волокон выполнено с возможностью доставки одного из указанных отдельных пучков выходного излучения волоконного лазера. К объемному оптическому элементу присоединены каждое из указанных выходных волокон. Оптический элемент выполнен с возможностью приема отдельных пучков выходного излучения волоконного лазера от выходных волокон и вывода отдельных пучков выходного излучения волоконного лазера по существу на расстоянии друг от друга. Технический результат заключается в создании лазерной системы с применением оптического элемента, который может выдавать некогерентные лазерные пучки в заданной конфигурации, в которой можно управлять параметрами выходного излучения.The present invention relates to a technique for injecting light from multiple fiber laser devices into a single optical component and controlling the radiation from such laser devices. The system contains a plurality of fiber laser system modules, a plurality of output fibers and a bulk optical element. The modules of a fiber laser system produce a plurality of individual fiber laser output beams. The respective output beams differ in one or more beam characteristics. Each of the output fibers is configured to deliver one of said individual fiber laser output beams. Each of said output fibers is connected to the bulk optical element. The optical element is configured to receive individual fiber laser output beams from the output fibers and output the individual fiber laser output beams substantially at a distance from each other. The technical result consists in creating a laser system using an optical element that can produce incoherent laser beams in a given configuration, in which the parameters of the output radiation can be controlled.

Настоящее изобретение обеспечивает объединение различных типов лазерного выходного излучения для одновременной обработки заготовки, причем его варианты охватывают характеристики пучка, включающие форму пятна, длину волны, диапазон длины волны, импульсный, непрерывный или квазинепрерывный режим, ширину импульса, пиковую мощность, среднюю мощность, частоту повторения, и параметры пучка, такие как качество пучка или М-фактор: то есть, одномодовое выходное излучение, выходное излучение на низких модах или многомодовое выходное излучение.The present invention provides a combination of different types of laser output for simultaneous processing of a workpiece, and its variants cover beam characteristics, including spot shape, wavelength, wavelength range, pulsed, continuous or quasi-continuous mode, pulse width, peak power, average power, repetition rate , and beam parameters such as beam quality or M-factor: that is, single mode output, low mode output, or multimode output.

Однако данная система не позволяет достичь излучения большой мощности с качеством излучения, близким к дифракционному.However, this system does not make it possible to achieve high-power radiation with a radiation quality close to diffraction.

Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения, выбранным в качестве прототипа, является система мощного лазерного излучения, полученного эффективным спектральным объединением пучка (Armen Sevian, Oleksiy Andrusyak, Igor Ciapurin, Vadim Smirnov, George Venus, and Leonid Glebov «Efficient power scaling of laser radiation by spectral beam combining (Исследование мощного лазерного излучения, полученного эффективным спектральным объединением пучка)». OPTICS LETTERS/Vol. 33, №4 / February 15, 2008 г.). Представленная система содержит источники излучения (ИИ), объемные брэгговские решетки (ОБР) и зеркала. В качестве ИИ использованы волоконные лазеры. Один ИИ выполнен основным и связан оптически с объемной брэгговской решеткой через зеркало, которая оптически соединена через два зеркала с первым дополнительным ИИ, а вторая через два зеркала со вторым дополнительным ИИ и так далее.The closest analogue of the claimed invention, chosen as a prototype, is a system of powerful laser radiation obtained by efficient spectral beam combining (Armen Sevian, Oleksiy Andrusyak, Igor Ciapurin, Vadim Smirnov, George Venus, and Leonid Glebov "Efficient power scaling of laser radiation by spectral beam combining (Investigation of high-power laser radiation obtained by efficient spectral beam combining). OPTICS LETTERS/Vol. 33, No. 4 / February 15, 2008). The presented system contains radiation sources (IS), volumetric Bragg gratings (BGR) and mirrors. Fiber lasers are used as AI. One IS is made the main one and is optically connected to the volumetric Bragg grating through a mirror, which is optically connected through two mirrors to the first additional IS, and the second through two mirrors to the second additional IS, and so on.

В статье продемонстрирована возможность достижения выходного лазерного излучения киловаттного уровня путем спектральной комбинации пучков с применением объемной брэгговской решетки. Экспериментально продемонстрирована высокая производительность до 1 кВт с качеством, близким к дифракции лазерной системы с пятью каналами со спектральным объединением.The article demonstrates the possibility of achieving kilowatt output laser radiation by means of a spectral combination of beams using a volumetric Bragg grating. High performance up to 1 kW with a quality close to the diffraction of a laser system with five channels with spectral merging has been experimentally demonstrated.

В течение многих лет проводились научные исследования в направлении увеличения мощности лазерного излучения до нескольких киловатт. Несмотря на значительные усилия в этой области главной сложностью решаемой задачи было теплоотведение от нагревающихся в процессе работы элементов лазерной системы. Одномодовые волоконные лазеры с выходной мощностью больше чем 1 кВт ограничены не только тепловыми проблемами, но также и нелинейными эффектами, такими как стимулируемое рассеяние Мандельштама-Бриллюэна и Рамана, которые увеличиваются с увеличением длин волокна. Авторы нашли решение данной проблемы путем эффективной компоновки источников распределения тепла, а также применили способ объединения выходных пучков с близким дифракционным качеством от лазерных элементов системы в один.For many years, scientific research has been carried out in the direction of increasing the power of laser radiation to several kilowatts. Despite significant efforts in this area, the main difficulty of the problem being solved was heat removal from the elements of the laser system that heated up during operation. Single-mode fiber lasers with an output power greater than 1 kW are limited not only by thermal issues, but also by non-linear effects such as stimulated Brillouin and Raman scattering, which increase with fiber lengths. The authors found a solution to this problem by effectively arranging heat distribution sources, and also used the method of combining output beams with similar diffraction quality from the laser elements of the system into one.

Это может быть выполнено двумя различными способами. В первом случае так называемым «Когерентным объединением пучка», в котором излучение от задающего генератора разбивается на множество пучков, индивидуально усиливается и затем объединяется в устройстве типа интерферометра посредством уравнения фазы. В принципе этот подход мог обеспечить эффективное объединение пучка, однако это требует чрезвычайно высокой точности и стабилизации фазы лазерного источника. Кроме того, проблема стабильности и качества выходного пучка является до сих пор весьма сложной задачей повышения мощности лазера с тепловыми эффектами, которые могут привести к серьезным искажениям фронта волны.This can be done in two different ways. In the first case, the so-called "Coherent Beam Combining" in which the radiation from the master oscillator is split into multiple beams, individually amplified and then combined in an interferometer type device by means of a phase equation. In principle, this approach could provide effective beam merging, but this requires extremely high accuracy and phase stabilization of the laser source. In addition, the problem of the stability and quality of the output beam is still a very difficult task to increase the power of a laser with thermal effects, which can lead to serious distortions of the wave front.

Во втором случае так называемым «Спектрального пучка, комбинирующего выходные пучки от нескольких лазерных источников», отличающихся длинами волн и объединенными в одну апертуру с ограниченной дифракцией. В отличие от когерентной комбинации пучка этот метод не имеет требований к последовательности и позволяет приблизительно сохранять исходные качества пучка. А спектр объединенного пучка - это сумма спектров объединенных пучков. Это делает метод спектрального объединения многообещающим подходом из-за простоты схемы и более низких требований к юстировке системы.In the second case, the so-called "Spectral beam combining output beams from several laser sources" differing in wavelength and combined into a single aperture with limited diffraction. Unlike the coherent beam combination, this method has no sequence requirements and allows approximately maintaining the original beam qualities. And the spectrum of the combined beam is the sum of the spectra of the combined beams. This makes spectral combining a promising approach due to the simplicity of the circuit and lower system alignment requirements.

Для объединения пучков применены объемные брэгговские решетки с дифракционной эффективностью до 95% и неплохими тепловыми, механическими и оптическими свойствами, подходящие для больших оптических мощностей. Вследствие узкой спектральной и угловой селективности, низкими потерями делает применение брэгговской решетки для таких систем преимущественным.The beams are combined using volumetric Bragg gratings with a diffraction efficiency of up to 95% and good thermal, mechanical, and optical properties suitable for high optical powers. Due to the narrow spectral and angular selectivity, low losses make the use of a Bragg grating for such systems advantageous.

В последнем эксперименте были объединены пять лазерных пучков с эффективностью до 93% на уровне 700 Вт. Параметры лазерных пучков: мощность до 160 Вт, диаметром около 3 мм и длинами волн от 1062,8 до 1064,55 нм с шагом 0,35 нм. Угол падения лазерных пучков выбран от 3 до 5°. Эффективность ограничена главным образом потерями перекрестной связи и мощности.In the last experiment, five laser beams were combined with an efficiency of up to 93% at the level of 700 W. Parameters of laser beams: power up to 160 W, diameter about 3 mm and wavelengths from 1062.8 to 1064.55 nm with a step of 0.35 nm. The angle of incidence of laser beams was chosen from 3 to 5°. Efficiency is limited mainly by crosstalk and power losses.

Однако в данном эксперименте мощность объединяемых лазерных пучков не превышает 700 Вт, а общая полученная сложенная мощность не выше 750 Вт.However, in this experiment, the power of the combined laser beams does not exceed 700 W, and the total combined power obtained does not exceed 750 W.

Технический результат, получаемый при использовании предлагаемого технического решения, - увеличение выходной мощности лазерного излучения при сохранении качества излучения, близкого к дифракционному.The technical result obtained by using the proposed technical solution is to increase the output power of laser radiation while maintaining the quality of the radiation close to diffraction.

Указанный технический результат достигается тем, что в системе спектрального сложения излучения оптоволоконных лазеров, которая содержит источники излучения, один из которых является основным и оптически соединен с селективными элементами, которые соединены с дополнительными источниками излучения, согласно изобретению каждый источник излучения снабжен двумя волоконными брэгговскими решетками, одна из которых выполнена высокоотражающей, а другая выходной, при этом ширина спектра отражения высокоотражающей решетки больше, чем ширина спектра выходной, селективные элементы и волоконные брэгговские решетки снабжены системой термостабилизации, ширина спектра отражения двух решеток основного источника излучения больше, чем ширина спектра отражения двух решеток каждого из дополнительных источников излучения.This technical result is achieved by the fact that in the system of spectral summation of radiation from fiber-optic lasers, which contains radiation sources, one of which is the main one and is optically connected to selective elements that are connected to additional radiation sources, according to the invention, each radiation source is equipped with two fiber Bragg gratings, one of which is highly reflective, and the other is output, while the width of the reflection spectrum of the highly reflective grating is greater than the width of the output spectrum, the selective elements and fiber Bragg gratings are equipped with a thermal stabilization system, the width of the reflection spectrum of the two gratings of the main radiation source is greater than the width of the reflection spectrum of the two gratings each of the additional radiation sources.

При этом в качестве селективных элементов могут быть использованы зеркала с максимальным отражением для соответствующего источника, либо объемные брэгговские решетки, а в качестве источников излучения - одномодовые волоконные лазеры.In this case, mirrors with maximum reflection for the corresponding source, or volumetric Bragg gratings, can be used as selective elements, and single-mode fiber lasers can be used as radiation sources.

Всей совокупностью перечисленных признаков достигается увеличение выходной мощности лазерного излучения при сохранении качества излучения, близким к дифракционному. Этого добились за счет того, что обеспечили угловую расходимость выходного лазерного излучения, близкой к угловой расходимости складываемых источников, за счет распространения лучей вдоль одной оси, благодаря созданию системы указанным выше образом.The totality of the listed features achieves an increase in the output power of laser radiation while maintaining the quality of the radiation, close to diffraction. This was achieved due to the fact that the angular divergence of the output laser radiation was provided, close to the angular divergence of the stacked sources, due to the propagation of rays along one axis, thanks to the creation of the system in the above way.

При анализе уровня техники не обнаружено аналогов, характеризующихся признаками, тождественными всем существенным признакам данного изобретения. А также не выявлено факта известности влияния признаков, включенных в формулу, на технический результат заявляемого технического решения. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условиям «новизна» и «изобретательский уровень».When analyzing the prior art, no analogues were found that are characterized by features that are identical to all the essential features of this invention. And also, the fact of the popularity of the influence of the features included in the formula on the technical result of the proposed technical solution has not been revealed. Therefore, the claimed invention meets the conditions of "novelty" and "inventive step".

На чертеже представлена схема системы спектрального сложения излучения.The drawing shows a diagram of the system of spectral summation of radiation.

Система спектрального сложения излучения (ССИ) оптоволоконных лазеров содержит источники излучения (ИИ), и селективные элементы (СЭ). В качестве ИИ могут быть использованы одномодовые волоконные лазеры, а в качестве СЭ могут быть применены либо объемные брэгговские решетки (ОБР), либо зеркала с диэлектрическим покрытием, выполненные, например, из стекла К8 ГОСТ 3514-94 или KB ГОСТ 15130-86, изготовленные с высокой отражающей способностью. Каждый ИИ снабжен двумя волоконными брэгговскими решетками (ВБР), одна из которых является высокоотражающей, а другая - выходной, при этом ширина спектра отражения высокоотражающей ВБР больше, чем ширина спектра выходной ВБР. Ширина спектра отражения двух ВБР основного ИИ больше, чем ширина спектра отражения двух ВБР каждого из дополнительных ИИ. Каждая ВБР и ОБР снабжена системой термостабилизации (на фиг. не показаны).The system of spectral summation of radiation (SSI) of fiber-optic lasers contains radiation sources (IS) and selective elements (SE). Single-mode fiber lasers can be used as IS, and either volume Bragg gratings (BBR) or mirrors with a dielectric coating, made, for example, from K8 glass GOST 3514-94 or KB GOST 15130-86, made with high reflectivity. Each IS is equipped with two fiber Bragg gratings (FBGs), one of which is highly reflective and the other is output, while the reflection spectrum width of the highly reflective FBG is greater than the spectral width of the output FBG. The width of the reflection spectrum of the two FBGs of the main IS is greater than the width of the reflection spectrum of the two FBGs of each of the additional ISs. Each FBG and OBR is equipped with a thermal stabilization system (not shown in Fig.).

Один из ИИ является основным И1, остальные дополнительными ИN, ИN+1. Основной И1 оптически соединен с каждым селективным элементом СЭN и СЭN+1, каждый из которых оптически соединен с соответствующим ему дополнительным ИИ. В качестве основного ИИ используется лазер с выходной мощностью, превышающей выходную мощность каждого из дополнительных ИИ не менее, чем в 2 раза.One of the AIs is the main AND 1 , the rest are additional AND N , AND N+1 . The main And 1 is optically connected to each selective element SE N and SE N+1 each of which is optically connected to its corresponding additional II. As the main AI, a laser with an output power exceeding the output power of each of the additional AIs by at least 2 times is used.

Система ССИ оптоволоконных лазеров работает следующим образом.The FSI system of fiber-optic lasers operates as follows.

Основной источник излучения И1 с максимальной выходной оптической мощностью генерирует излучение на длине волны, отличной от резонансных пиков СЭN и СЭN+1 при этом ВБР из конструкции источников ИN, ИN+1, генерирующих выходное излучение с мощностью не менее чем половина мощности основного ИИ, обеспечивают ширину линии излучения, не перекрывающую спектральный диапазон работы СЭN и СЭN+1.The main radiation source AND 1 with the maximum output optical power generates radiation at a wavelength different from the resonant peaks of the FE N and FE N + 1 , while the FBG from the design of sources AND N , AND N + 1 generating output radiation with a power of at least half power of the main IS, provide the width of the emission line, not overlapping the spectral range of the SC N and SC N+1 .

Пример. Для получения выходной оптической мощности ~ 8 кВт была реализована схема, согласно которой сложили излучение четырех лазерных каналов с длинами волн 1076, 1078, 1080 и 1082 нм, шагом 2 нм и выходной оптической мощностью не более 2 кВт. При этом применялись селективные элементы, соответствующие индивидуальной длине волны каждого из дополнительных источников излучения.Example. To obtain an output optical power of ~8 kW, a scheme was implemented, according to which the radiation of four laser channels with wavelengths of 1076, 1078, 1080, and 1082 nm, a step of 2 nm, and an output optical power of no more than 2 kW was added. In this case, selective elements were used, corresponding to the individual wavelength of each of the additional radiation sources.

Для заявленного изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в формуле изобретения, экспериментально подтверждена работоспособность системы спектрального сложения излучения оптоволоконных лазеров и способность достижения указанного технического результата. Средство, воплощающее заявленное устройство при его осуществлении, предназначено для использования в установках селективного плавления металлических порошков, для лазерной обработки металлов, в том числе резки и наплавки в разных областях промышленности, в научных исследованиях, в том числе при комбинировании различных длин волн при воздействии на обрабатываемые материалы.For the claimed invention in the form as it is characterized in the claims, the operability of the system for spectral combining of the radiation of fiber-optic lasers and the ability to achieve the specified technical result have been experimentally confirmed. The tool that embodies the claimed device in its implementation is intended for use in installations for the selective melting of metal powders, for laser metal processing, including cutting and surfacing in various industries, in scientific research, including when combining different wavelengths when exposed to processed materials.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «промышленная применимость».Therefore, the claimed invention meets the condition of "industrial applicability".

Claims (4)

1. Система спектрального сложения излучения оптоволоконных лазеров, содержащая источники излучения, один из которых является основным и оптически соединен с селективными элементами, которые соединены с дополнительными источниками излучения, отличающаяся тем, что каждый источник излучения снабжен двумя волоконными брэгговскими решетками, одна из которых выполнена высокоотражающей, а другая выходной, при этом ширина спектра отражения высокоотражающей решетки больше, чем ширина спектра выходной, селективные элементы и волоконные брэгговские решетки снабжены системой термостабилизации, ширина спектра отражения двух решеток основного источника излучения больше, чем ширина спектра отражения двух решеток каждого из дополнительных источников излучения, выходная мощность основного источника излучения больше выходной мощности каждого из дополнительных источников не менее чем в два раза.1. A system for spectral combining of radiation from fiber-optic lasers, containing radiation sources, one of which is the main one and optically connected to selective elements, which are connected to additional radiation sources, characterized in that each radiation source is equipped with two fiber Bragg gratings, one of which is highly reflective , and the other output, while the width of the reflection spectrum of the highly reflective grating is greater than the width of the spectrum of the output, selective elements and fiber Bragg gratings are equipped with a thermal stabilization system, the width of the reflection spectrum of the two gratings of the main radiation source is greater than the width of the reflection spectrum of the two gratings of each of the additional radiation sources , the output power of the main radiation source is greater than the output power of each of the additional sources by at least two times. 2. Система спектрального сложения излучения оптоволоконных лазеров по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве источников излучения использованы одномодовые волоконные лазеры.2. The system of spectral summation of radiation from fiber-optic lasers according to claim 1, characterized in that single-mode fiber lasers are used as radiation sources. 3. Система спектрального сложения излучения оптоволоконных лазеров по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве селективных элементов использованы зеркала с максимальным отражением для соответствующего источника.3. The system of spectral addition of radiation from fiber-optic lasers according to claim 1, characterized in that mirrors with maximum reflection for the corresponding source are used as selective elements. 4. Система спектрального сложения излучения оптоволоконных лазеров по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве селективных элементов использованы объемные брэгговские решетки.4. The system for the spectral summation of radiation from fiber-optic lasers according to claim 1, characterized in that volumetric Bragg gratings are used as selective elements.
RU2022118664A 2022-07-07 Spectral supplementing system for radiation of fiber optical lasers RU2791162C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2791162C1 true RU2791162C1 (en) 2023-03-03

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8303738B2 (en) * 2003-10-03 2012-11-06 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Metal heating apparatus, metal heating method, and light source apparatus
WO2013019204A1 (en) * 2011-08-01 2013-02-07 Ipg Photonics Corporation Method and apparatus for processing materials with composite structure
RU2480876C2 (en) * 2010-07-09 2013-04-27 Общество С Ограниченной Ответственностью "Научно-Техническое Объединение "Ирэ-Полюс" Dynamically stabilised relaxing wavelength laser system and operation method thereof
RU2700723C2 (en) * 2014-08-13 2019-09-19 Айпиджи Фотоникс Корпорэйшн Fibre laser system with multiple beams
RU2758640C1 (en) * 2020-11-25 2021-11-01 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") Single-fiber narrow-band laser

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8303738B2 (en) * 2003-10-03 2012-11-06 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Metal heating apparatus, metal heating method, and light source apparatus
RU2480876C2 (en) * 2010-07-09 2013-04-27 Общество С Ограниченной Ответственностью "Научно-Техническое Объединение "Ирэ-Полюс" Dynamically stabilised relaxing wavelength laser system and operation method thereof
WO2013019204A1 (en) * 2011-08-01 2013-02-07 Ipg Photonics Corporation Method and apparatus for processing materials with composite structure
RU2700723C2 (en) * 2014-08-13 2019-09-19 Айпиджи Фотоникс Корпорэйшн Fibre laser system with multiple beams
RU2758640C1 (en) * 2020-11-25 2021-11-01 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") Single-fiber narrow-band laser

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Sevian A. et al. Efficient power scaling of laser radiation by spectral beam combining //Optics Letters. - 2008. - Т. 33. - N. 4. - С. 384-386. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109075524B (en) Spectral multiplexing diode pumping module for improving brightness
US7394842B2 (en) Volume bragg lasers based on high efficiency diffractive elements in photo-thermo-refractive glass
US8199784B2 (en) Laser light source and method of operating the same
US20110305250A1 (en) Wavelength beam combining based pulsed lasers
JP2004527101A (en) Fiber laser
US20080080585A1 (en) Volume bragg lasers based on high efficiency diffractive elements in photo-thermo-refractive glass
Glebov Volume Bragg Gratings in PTR glass-New optical elements for laser design
Chen et al. Mutual injection-locking and coherent combining of two individual fiber lasers
RU2791162C1 (en) Spectral supplementing system for radiation of fiber optical lasers
KR20190053863A (en) Cascaded long pulse and continuous wave Raman laser
RU2717254C1 (en) Fiber laser for pumping of active elements
JP2007122068A (en) Method for changing refractive index of bragg fiber grating
Jain et al. Coherent and spectral beam combining of fiber lasers using volume Bragg gratings
Shakir et al. Power scaling of passively phased fiber amplifier arrays
Wang et al. Theoretical and experimental optimization of O-band multiwavelength mixed-cascaded phosphosilicate Raman fiber lasers
Sims et al. Spectral beam combining of 2 μm Tm fiber laser systems
Meng et al. Spectral bandwidth narrowing of high brightness spectral beam combining diode laser
EP0524020B1 (en) Raman laser
Liem et al. Experimental analysis of the influence of the spectral width of out-coupling Fiber Bragg Gratings to the amount of Stimulated Raman Scattering in a cw kW fiber oscillator
RU2300834C2 (en) Compact continuous solid-state fcd laser (alternatives)
Wessling et al. Fiber coupled diode laser of high spectral and spatial beam quality with kW class output power
Lee et al. Cascaded Volume Bragg Grating for Narrow Spectral Linewidth in High-power Laser Diodes
JP2023512264A (en) Interference gain laser device
Kharenko et al. Mode decomposition of output beams in LD-pumped graded-index fiber Raman lasers
Forster et al. 12.2 W ZGP OPO pumped by a Q-Switched Tm3+: Ho3+-codoped fiber laser