WO2016169933A1 - Optical resonator for a high-power fibre laser - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to an optical resonator for a high-power fiber laser with an optically active medium comprising a fiber having an at least partially doped fiber core, wherein the fiber between a highly reflective first reflection element and an at least partially transmitting second reflection element is arranged.
  • Optical resonators for generating laser radiation are well known from the prior art. For this purpose, it is particularly known to define an optical resonance space between two reflection elements, which is optically pumped to generate laser radiation.
  • the optically active medium of the optical resonator is formed by an active fiber which has an at least partially doped fiber core.
  • a reflection element arranged on the input side of the optical resonator is generally highly reflective in order to minimize the losses occurring, while a further output-side reflection element is at least partially transmissive in order to enable a coupling out of the laser radiation generated in the resonance space.
  • the second reflection element can therefore also be referred to as an output coupling element (English: Output coupler).
  • the generation of ideally one-mode laser radiation with at least approximately Gaussian beam profile is desirable.
  • the core diameter of the fiber serving as the optically active medium must be limited to a value only in the range of a few multiples the wavelength of the generated laser radiation is.
  • a division of fibers into monomode or multimode fibers can be made on the basis of the modality. With a modality of less than 2.4, a single-mode fiber is present, with larger values, the fiber is a multimode fiber.
  • the modality of a fiber is defined by the V-number:
  • denotes the wavelength in vacuum
  • a the diameter of the fiber core
  • NA the numerical aperture, which is correspondingly defined by the refractive indices of the fiber core n cor e and the clad n c iaddin g .
  • the V-number or the modality is a function of the wavelength, corresponds to a modality of 2.4 at a wavelength of 1 ⁇ about a core diameter of 13 ⁇ .
  • the core diameter of single-mode fibers in the range of less than 20 ⁇ .
  • an optically active medium in an optical resonator for a high-power fiber laser, comprises a multimode fiber having an at least partially doped fiber core.
  • the multimode fiber is arranged between a highly reflective first reflection element and an at least partially transmitting second reflection element.
  • the first reflection element comprises a dielectric mirror.
  • the invention is based on the observation that the above-mentioned nonlinear effects increasingly occur in long fibers with comparatively small core diameters. As such, the nonlinear effects can be suppressed by using fibers with larger core diameters. As a result, the output power can be increased, since potential damage caused by the nonlinear effects only occur at correspondingly increased intensities. Moreover, with the increased core diameter (improved core / sheath ratio) compared to the sheath, there is an increased absorption which allows for the use of shorter fibers. These shorter fibers advantageously serve to further reduce the nonlinear effects.
  • optical resonators with multimode fibers produce comparatively broadband laser radiation, so that increased loss occurs at the fiber Bragg gratings suitable for multimode operation. Often, only a reflection of about 50% of such reflection elements is achieved. This is unsatisfactory especially for the training for highly reflective reflection elements.
  • the laser radiation generated by the optically pumped multimode active fiber according to the invention has an increased spectral bandwidth compared to single-mode laser radiation. This leads to increased losses at the reflection elements delimiting the optical resonance space.
  • the loss occurring on the input-side reflection element is disadvantageous since this reflection element is preferably highly reflective in order to minimize power losses.
  • the fiber Bragg gratings typically provided as reflective elements are highly reflective only for a narrowband spectral range.
  • the reflection behavior of fiber Bragg gratings is mode-dependent, so that increased losses occur in multimode fibers.
  • the invention thus proposes to support the multi-mode operation, the first reflection element, which is arranged on the input side of the optical resonance chamber, ie at the end from which pump radiation is coupled into the resonance chamber during operation to perform as a dielectric mirror.
  • Dielectric mirrors are highly reflective for a larger spectral range and, in contrast to fiber-optically implemented Bragg gratings, have no pronounced mode dependence of the reflection behavior. As a result, therefore, the losses occurring on the input side of the optical resonator can be minimized if multimode laser radiation is generated in the optical resonator.
  • Such an optical resonator is suitable for high-power fiber lasers with output powers of more than 2 kW, in particular more than 3 kW.
  • the resonant space formed between the first and second reflective elements is formed immediately by a mu-mode fiber.
  • no means, such as etalons or the like, are introduced, which would be suitable for limiting the oscillation behavior of the resonator essentially to a single-mode operation.
  • the invention proposes to support a true multi-mode operation in which a multiplicity of modes are amplified in the resonator. This direct approach makes it possible to further improve the efficiency of the optical resonator or of the high-power fiber laser comprising this optical resonator. As a result, greater output power can be used.
  • the optical resonator according to the invention is preferably a primary resonator.
  • An amplification of the laser beam generated in the optical resonator is not absolutely necessary.
  • the V-number defined at the outset which characterizes the modality of the mu ltimode fiber of the optical resonator, is preferably 5 or more. Particularly preferably, the V-number of the multimode fiber assumes a value between 5 and 10. It has been found that in this area enough modes flock, so that Stability problems are avoided.
  • the multimode fiber is preferably designed so that not only a few transversal modes can oscillate but a plurality of transverse modes.
  • the number of oscillating transverse modes is preferably at least 10.
  • the at least partially transmitting second reflection element provided for decoupling of laser radiation amplified in the optical resonator is preferably designed as a fiber Bragg grating.
  • a decoupling of laser radiation on the output side is comparatively uncritical, so that reflection elements can be used here whose reflectivity averaged over the bandwidth is, for example, only 10%.
  • the fiber Bragg grating is preferably written inexpensively in the corresponding region of the multimode fiber.
  • the dielectric mirror is disposed on a quartz support member. Quartz has relatively low absorption for the wavelengths typically employed, and is thus particularly suitable for high power applications where the heating generated by the laser power must be minimized.
  • the carrier element is block-shaped or tubular. In any case, with the integrated directly on the support element dielectric mirror is given a monolithic structure, which allows a particularly easy and easy to adjust mounting. Such training can be implemented particularly well as a fiber optic overall concept.
  • the dielectric mirror concavely in the direction of a coupling-in side of the multimode fiber.
  • the radius of curvature of the dielectric mirror is selected so that the laser radiation emerging from the fiber core of the multimode fiber is reflected back onto it.
  • the dielectric mirror has a substantially constant radius of curvature.
  • the multimode fiber of the optical resonator is preferably at least partially doped with a rare earth metal, in particular erbium, Er (1.5 ⁇ ), ytterbium, Yb (1 ⁇ ), holmium, Ho 21 ⁇ ), thulium and / or neodymium.
  • a core diameter of the fiber core of the multimode fiber is according to preferred embodiments, at least 50 ⁇ , in particular 50 ⁇ to 100 ⁇ . Accordingly, a shell surrounding the fiber core, can be coupled via the pump radiation in the fiber core, a thickness of several hundred ⁇ , in particular 400 ⁇ on.
  • the invention further relates to a fiber laser with an optical resonator described above.
  • the fiber laser includes a pump module for optically pumping the multimode active fiber of the optical resonator.
  • FIG. 1 shows an optical resonator according to a possible embodiment of the invention in a schematic representation
  • FIG. 2 shows a first reflection element limiting the optical resonator on the input side according to a first embodiment, in a schematic sectional illustration
  • FIG. 1 shows a fiber laser 100 having an optical resonator 1 comprising a multi-mode active fiber 2.
  • a fiber core of the multimode fiber 2 is partially doped with neodymium and has a core diameter of 50 ⁇ on.
  • the resonant space of the optical resonator 1 is limited by two reflection elements 3, 4.
  • a first reflection element 3 is provided which comprises a dielectric mirror 5 which is monolithic Construction is integrated on a support element 6 made of quartz. Possible embodiments of the first reflection element 3 are shown in detail in the sectional views of Figures 2 and 3.
  • the optical resonator 1 is coupled on the input side to a pump module 7.
  • the pump module 7 comprises, in a manner known per se, means for generating a population inversion in the active multimode fiber 2. For this purpose, it is provided to couple pump radiation into the active multimode fiber 2, which is generated, for example, by laser diodes.
  • a transport fiber 8 connects to the serving as an output coupler second reflection element 4, by means of which the generated multimode radiation can be directed in particular for material processing on a workpiece.
  • FIG. 2 shows a first exemplary embodiment of the first reflection element 3 in monolithic construction.
  • the dielectric mirror 5 is arranged on the end of the support element 6, which is designed in the example shown as a solid quartz block and concave curved towards a Einkoppelseite 9 of the multimode fiber 2.
  • the radius of curvature of the dielectric mirror 5 in this case corresponds to an optical length which results from the longitudinal length L of the carrier element 6 taking into account the refraction.
  • the multimode fiber 2 is connected in a form-fitting manner by splicing to the carrier element 6.
  • the core diameter d of the fiber core 10 is 50 ⁇
  • the cladding diameter D of the fiber core 10 surrounding shell 11 is 400 ⁇ .
  • Such a dimensioning of the multimode fiber 2 favors the formation of multimode laser radiation in common gene fiber dopings.
  • the ultimode fiber 2 furthermore has a protective coating 12 which forms the jacket 11.
  • FIG. 3 shows a second embodiment of the first reflection element 3.
  • the dielectric mirror 5 is fixed on the end to the support element 6, which has a tubular shape.
  • the carrier element 6 of the second embodiment is made of quartz.
  • the curvature ius of the dielectric mirror 5 preferably corresponds to the distance of the dielectric mirror 5 from the coupling side 9 of the ultimode fiber 2, which corresponds to the longitudinal length L.
  • the distance of the dielectric mirror 5 from the coupling side 9 can be particularly easily adjusted by an axial displacement of the tu bus-shaped reflection element 3bezügl the multimode fiber 2.
  • the dimensioning of the core diameter d of the fiber core 10 and the cladding diameter D of the shell 11 essentially corresponds to the dimensioning of the embodiment shown in FIG.

Abstract

The invention relates to an optical resonator (1) for a high-power fibre laser having an optically active medium which, according to the invention, comprises a multimode fibre (2) having a fibre core (10) doped at least in sections, wherein the multimode fibre (2) is arranged between a highly reflective first reflection element (3) and an at least partly transmissive second reflection element (4). The first reflection element (3) comprises a dielectric mirror (5). The invention furthermore relates to a fibre laser (100) comprising an optical resonator (1) embodied in this way. The first reflection element (3) can be embodied as a curved dichroic mirror, which firstly simplifies the coupling-in of the pump radiation from a pump module (7) and also reduces the resonator losses. The second reflection element (4) can be embodied as a partly reflective fibre Bragg grating.

Description

Titel : Optischer Resonator für einen Hochleistunqs-Faserlaser  Title: Optical resonator for a high-power fiber laser
Beschreibung description
Die Erfindung betrifft einen optischen Resonator für einen Hochleistungs- Faserlaser mit einem optisch aktiven Medium, das eine einen zumindest ab- schnittsweise dotierten Faserkern aufweisende Faser umfasst, wobei die Faser zwischen einem hochreflektierenden ersten Reflexionselement und einem zumindest teilweise transmittierenden zweiten Reflexionselement angeordnet ist. The invention relates to an optical resonator for a high-power fiber laser with an optically active medium comprising a fiber having an at least partially doped fiber core, wherein the fiber between a highly reflective first reflection element and an at least partially transmitting second reflection element is arranged.
Optische Resonatoren zur Erzeugung von Laserstrahlung sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt. Hierzu ist insbesondere bekannt, einen optisch Resonanzraum zwischen zwei Reflexionselementen zu definieren, der zur Erzeugung von Laserstrahlung optisch gepumpt wird. Im Falle von Faserlasern ist das optisch aktive Medium des optischen Resonators von einer aktiven Faser gebildet, die einen zumindest abschnittsweise dotierten Faserkern auf- weist. Ein am optischen Resonator eingangsseitig angebrachtes Reflexionselemente ist in der Regel hochreflektierend, um die auftretenden Verluste zu minimieren, ein weiteres ausgangseitige Reflexionselement ist zumindest teilweise transmittierend, um eine Auskopplung der im Resonanzraum erzeugten Laserstrahlung zu ermöglichen. Das zweite Reflexionselement kann daher auch als Ausgangskopplungselement (engl. : Output coupler) bezeichnet werden. Optical resonators for generating laser radiation are well known from the prior art. For this purpose, it is particularly known to define an optical resonance space between two reflection elements, which is optically pumped to generate laser radiation. In the case of fiber lasers, the optically active medium of the optical resonator is formed by an active fiber which has an at least partially doped fiber core. A reflection element arranged on the input side of the optical resonator is generally highly reflective in order to minimize the losses occurring, while a further output-side reflection element is at least partially transmissive in order to enable a coupling out of the laser radiation generated in the resonance space. The second reflection element can therefore also be referred to as an output coupling element (English: Output coupler).
Für viele Laseranwendungen ist die Erzeugung von idealer Weise einmodiger Laserstrahlung mit zumindest näherungsweise gaußförmigem Strahlprofil wünschenswert. Um die Erzeugung von höheren Moden zu unterdrücken, muss je- doch der Kerndurchmesser der als optisch aktives Medium dienenden Faser auf einen Wert begrenzt werden, der lediglich im Bereich von einigen Vielfachen der Wellenlänge der erzeugten Laserstrahlung liegt. Eine Einteilung von Fasern in Monomoden- bzw. Multimoden Fasern kann anhand der Modalität erfolgen. Bei einer Modalität von kleiner als 2,4 liegt eine Monomoden-Faser vor, bei größeren Werten ist die Faser eine Multimodern-Faser. Die Modalität einer Fa- ser wird über die V-Zahl (engl. V-number) definiert:
Figure imgf000004_0001
For many laser applications, the generation of ideally one-mode laser radiation with at least approximately Gaussian beam profile is desirable. However, in order to suppress the generation of higher modes, the core diameter of the fiber serving as the optically active medium must be limited to a value only in the range of a few multiples the wavelength of the generated laser radiation is. A division of fibers into monomode or multimode fibers can be made on the basis of the modality. With a modality of less than 2.4, a single-mode fiber is present, with larger values, the fiber is a multimode fiber. The modality of a fiber is defined by the V-number:
Figure imgf000004_0001
Hierbei bezeichnet λ die Wellenlänge im Vakuum, a den Durchmesser des Fa- serkerns und NA die numerische Apertur, die entsprechend über die Brechungsindizes des Faserkerns ncore und des Mantels nciadding definiert ist. Here, λ denotes the wavelength in vacuum, a the diameter of the fiber core, and NA the numerical aperture, which is correspondingly defined by the refractive indices of the fiber core n cor e and the clad n c iaddin g .
Da die V-Zahl bzw. die Modalität eine Funktion der Wellenlänge ist, entspricht einer Modalität von 2,4 bei einer Wellenlänge von 1 μΐτι etwa einem Kern- durchmesser von 13 μΐτι. In der Regel liegt daher der Kerndurchmesser von Monomoden-Fasern (engl.: Single mode fiber) im Bereich von weniger als 20 μΐτι. In Verbindung mit in derartigen Monomoden-Fasern auftretenden nichtlinearen Effekten, wie insbesondere dem Raman Effekt oder der Selbstphasenmodulation, begrenzt dies die Ausgangsleistung des Lasers auf etwa 2 kW bis 3 kW. Since the V-number or the modality is a function of the wavelength, corresponds to a modality of 2.4 at a wavelength of 1 μΐτι about a core diameter of 13 μΐτι. In general, therefore, the core diameter of single-mode fibers in the range of less than 20 μΐτι. In conjunction with non-linear effects, such as the Raman effect or self-phase modulation, which occur in such monomode fibers, this limits the output power of the laser to about 2 kW to 3 kW.
Diese Limitierung ist insbesondere im Bereich von Hochleistungsanwendungen wie dem Laserschweißen nachteilig. Zur Bereitstellung einer größeren Ausgangsleistung wurde unter anderem eine parallele Kopplung von mehreren Monomoden-Faserlasern vorgeschlagen. Andere Lösungsansätze betreffen das optische Pumpen des primären optischen Resonators mittels weiterer Faserlaser. Bei sogenannten Mopa-Anordnungen (engl.: master oscillator power amplifier) ist ein optischer Verstärker einer Laseranordnung nachgeschaltet. Diese Konzepte sind jedoch im Allgemeinen relativ kompliziert, aufwändig zu implementieren und gehen teilweise mit einer Reduzierung der Effizienz einher. Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die genannten Nachteile der im Stand der Technik bekannten Vorrichtungen zu vermeiden und einen optischen Resonator für einen Hochleistungs-Faserlaser mit hoher Ausgangsleistung anzugeben, der eine besonders einfache Bauform aufweist. This limitation is particularly disadvantageous in the field of high-performance applications such as laser welding. To provide a larger output power, among other things, a parallel coupling of several single-mode fiber lasers has been proposed. Other approaches relate to the optical pumping of the primary optical resonator by means of further fiber lasers. In so-called Mopa arrangements (English: master oscillator power amplifier), an optical amplifier of a laser array is connected downstream. However, these concepts are generally relatively complicated, expensive to implement, and in part, are associated with a reduction in efficiency. It is an object of the present invention to avoid the mentioned disadvantages of the devices known in the prior art and to provide an optical resonator for a high-power fiber laser with high output power, which has a particularly simple design.
Die Aufgabe wird gelöst durch einen optischen Resonator der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1. The object is achieved by an optical resonator of the aforementioned type with the characterizing features of patent claim 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprü- che. Advantageous embodiments of the invention are the subject of the subclaims.
Bei einem optischen Resonator für einen Hochleistungs-Faserlaser umfasst ein optisch aktives Medium gemäß der Erfindung eine einen zumindest abschnittsweise dotierten Faserkern aufweisende Multimoden-Faser. Die Multimoden- Faser ist zwischen einem hochreflektierenden ersten Reflexionselement und einem zumindest teilweise transmittierenden zweiten Reflexionselement angeordnet. Das erste Reflexionselement umfasst einen dielektrischen Spiegel. In an optical resonator for a high-power fiber laser, an optically active medium according to the invention comprises a multimode fiber having an at least partially doped fiber core. The multimode fiber is arranged between a highly reflective first reflection element and an at least partially transmitting second reflection element. The first reflection element comprises a dielectric mirror.
Die Erfindung liegt die Beobachtung zu Grunde, dass die vorstehend erwähn- ten nichtlinearen Effekte verstärkt in langen Fasern mit vergleichsweise kleinen Kerndurchmessern auftreten. Insofern können die nichtlinearen Effekte dadurch unterdrückt werden, dass Fasern mit größeren Kerndurchmessern verwendet werden. Im Ergebnis kann dann die Ausgangsleistung erhöht werden, da potentielle Beschädigungen, die durch die nichtlinearen Effekte verur- sacht werden, erst bei entsprechend erhöhten Intensitäten auftreten. Darüber hinaus geht mit dem im Vergleich zum Mantel vergrößerten Kerndurchmesser (verbessertes Kern/Mantelverhältnis) eine erhöhte Absorption einher, die die Verwendung von kürzeren Fasern ermöglicht. Diese kürzeren Fasern dienen in vorteilhafter Weise dazu, die nichtlinearen Effekte weiter zu reduzieren. The invention is based on the observation that the above-mentioned nonlinear effects increasingly occur in long fibers with comparatively small core diameters. As such, the nonlinear effects can be suppressed by using fibers with larger core diameters. As a result, the output power can be increased, since potential damage caused by the nonlinear effects only occur at correspondingly increased intensities. Moreover, with the increased core diameter (improved core / sheath ratio) compared to the sheath, there is an increased absorption which allows for the use of shorter fibers. These shorter fibers advantageously serve to further reduce the nonlinear effects.
Allerdings sind derartige Fasern nicht mehr zur Ausbreitung von Monomoden- Laserstrahlung geeignet, vielmehr entsprechen die Kerndurchmesser und numerische Aperturen der verwendeten Fasern Multimoden-Fasern, die auch die Ausbildung von höheren Moden begünstigen. Optische Resonatoren mit Multimoden-Fasern erzeugen jedoch vergleichsweise breitbandige Laserstrahlung, so dass an den für den Multimodenbetrieb geeigneten Faser-Bragg-Gittern erhöhter Verlust auftritt. Oftmals wird nur eine Reflexion von ca. 50% an derar- tigen Reflexionselementen erreicht. Dies ist insbesondere für die Ausbildung für hochreflektierende Reflexionselemente unbefriedigend . However, such fibers are no longer suitable for the propagation of single-mode laser radiation, but correspond to the core diameter and numerical apertures of the fibers used multimode fibers, including the Favor education of higher fashions. However, optical resonators with multimode fibers produce comparatively broadband laser radiation, so that increased loss occurs at the fiber Bragg gratings suitable for multimode operation. Often, only a reflection of about 50% of such reflection elements is achieved. This is unsatisfactory especially for the training for highly reflective reflection elements.
Die von der optisch gepumpten aktiven Multimoden-Faser gemäß der Erfindung erzeugte Laserstrahlung hat eine im Vergleich zu Monomoden-Laserstrahlung vergrößerte spektrale Bandbreite. Dies führt zu erhöhten Verlusten an den den optischen Resonanzraum begrenzenden Reflexionselementen. Insbesondere ist der am eingangsseitigen Reflexionselement auftretende Verlust nachteilig, da dieses Reflexionselement vorzugsweise hochreflektierend ausgebildet ist, um Leistungsverluste zu minimieren. Die typischer Weise als Reflexionselemente vorgesehenen Faser-Bragg-Gitter sind jedoch nur für einen schmalbandigen Spektralbereich hochreflektierend . Zudem ist das Reflexionsverhalten von Faser-Bragg-Gittern modenabhängig, so dass erhöhte Verluste bei Multimoden- Fasern auftreten. Die Erfindung schlägt zur Unterstützung des Multimoden-Betriebs somit vor, das erste Reflexionselement, welches eingangsseitig am optischen Resonanzraum angeordnet ist, also an dem Ende, von dem aus bei Betrieb Pumpstrahlung in den Resonanzraum eingekoppelt wird, als dielektrischen Spiegel auszuführen. Dielektrische Spiegel sind für einen größeren Spektralbereich hochre- flektierend und weisen - im Gegensatz zu faseroptisch implementierten Bragg- Gittern- auch keine ausgeprägte Modenabhängigkeit des Reflexionsverhaltens auf. Im Ergebnis können daher die eingangsseitig am optischen Resonator auftretenden Verluste minimiert werden, wenn im optischen Resonator Multimoden-Laserstrahlung erzeugt wird. The laser radiation generated by the optically pumped multimode active fiber according to the invention has an increased spectral bandwidth compared to single-mode laser radiation. This leads to increased losses at the reflection elements delimiting the optical resonance space. In particular, the loss occurring on the input-side reflection element is disadvantageous since this reflection element is preferably highly reflective in order to minimize power losses. However, the fiber Bragg gratings typically provided as reflective elements are highly reflective only for a narrowband spectral range. In addition, the reflection behavior of fiber Bragg gratings is mode-dependent, so that increased losses occur in multimode fibers. The invention thus proposes to support the multi-mode operation, the first reflection element, which is arranged on the input side of the optical resonance chamber, ie at the end from which pump radiation is coupled into the resonance chamber during operation to perform as a dielectric mirror. Dielectric mirrors are highly reflective for a larger spectral range and, in contrast to fiber-optically implemented Bragg gratings, have no pronounced mode dependence of the reflection behavior. As a result, therefore, the losses occurring on the input side of the optical resonator can be minimized if multimode laser radiation is generated in the optical resonator.
Ein derartiger optischer Resonator eignet sich für Hochleistungs-Faserlasern mit Ausgangsleistungen von mehr als 2kW, insbesondere mehr als 3kW. Mit anderen Worten ist der zwischen dem ersten und dem zweiten Reflexionselement gebildete Resonanzraum du rchgehend von einer Mu ltimoden-Faser gebildet. Im optischen Resonator sind keine Mittel, wie beispielsweise Etalons oder dergleichen, eingebracht, die dazu geeignet wären, das Schwing ungsver- halten des Resonators im Wesentlichen auf einen Monomodenbetrieb einzuschränken . Die Erfindu ng schlägt somit in Abkehr der gängigen Lehre vor, einen echten Mu ltimodenbetrieb zu u nterstützen, bei dem eine Vielzahl von Moden im Resonator verstärkt wird . Dieser d irekte Ansatz ermög licht es, die Effizienz des optischen Resonators bzw. des diesen optischen Resonator umfas- senden Hochleistungs-Faserlasers weiter zu verbessern . Im Ergebnis kann daher zu größeren Ausgangsleistu ngen ü bergegangen werden . Such an optical resonator is suitable for high-power fiber lasers with output powers of more than 2 kW, in particular more than 3 kW. In other words, the resonant space formed between the first and second reflective elements is formed immediately by a mu-mode fiber. In the optical resonator no means, such as etalons or the like, are introduced, which would be suitable for limiting the oscillation behavior of the resonator essentially to a single-mode operation. Thus, contrary to the conventional teaching, the invention proposes to support a true multi-mode operation in which a multiplicity of modes are amplified in the resonator. This direct approach makes it possible to further improve the efficiency of the optical resonator or of the high-power fiber laser comprising this optical resonator. As a result, greater output power can be used.
Der optische Resonator gemäß der Erfind ung ist vorzugsweise ein primärer Resonator. Eine Nachverstärkung der im optischen Resonator erzeugten Laser- Strahl ung ist nicht zwingend notwendig . The optical resonator according to the invention is preferably a primary resonator. An amplification of the laser beam generated in the optical resonator is not absolutely necessary.
Die eingangs definierte V-Zahl, welche d ie Modalität der Mu ltimoden-Faser des optischen Resonators charakterisiert, beträgt vorzugsweise 5 oder mehr. Besonders bevorzugt nimmt die V-Zahl der Multimoden-Faser einen Wert zwi- sehen 5 u nd 10 an . Es hat sich herausgestellt, dass in diesem Bereich genügend viele Moden anschwingen, so dass Stabil itätsprobleme vermieden sind . The V-number defined at the outset, which characterizes the modality of the mu ltimode fiber of the optical resonator, is preferably 5 or more. Particularly preferably, the V-number of the multimode fiber assumes a value between 5 and 10. It has been found that in this area enough modes flock, so that Stability problems are avoided.
Die Multimoden-Faser ist vorzugsweise so ausgelegt, dass nicht nu r einige wenige transversale Moden anschwingen können, sondern eine Vielzahl von transversalen Moden . Die Anzahl der anschwingenden transversalen Moden beträgt vorzugsweise zumindest 10. The multimode fiber is preferably designed so that not only a few transversal modes can oscillate but a plurality of transverse modes. The number of oscillating transverse modes is preferably at least 10.
Es hat sich herausgestellt, dass eine hinreichende Reflektivität an der Auskoppelseite von Faser-Bragg-Gittern bereitgestellt werden kann, wenn die V-Zahl der M ultimoden-Faser im Bereich zwischen 5 u nd 10 liegt. Die an der Auskoppelseite auftretenden Verl uste verbleiben dann u nter einer kritischen Schwel le, so dass die zur Ausbildu ng eines stabilen Resonators maßgeblichen Resonanzbed ing ungen erfül lt werden können . Das zur Auskopplung von im optischen Resonator verstärkter Laserstrahlung vorgesehene, zumindest teilweise transmittierende zweite Reflexionselement ist vorzugsweise als Faser-Bragg-Gitter ausgebildet. Eine Auskopplung von La- serstrahlung an der Ausgangsseite ist vergleichsweise unkritisch, so dass hier Reflexionselemente eingesetzt werden können, deren über die Bandbreite ge- mittelte Reflektivität beispielsweise lediglich 10% beträgt. Das Faser-Bragg- Gitter wird bevorzugt kostengünstig in dem entsprechenden Bereich der Multimoden-Faser eingeschrieben. It has been found that sufficient reflectivity can be provided at the outcoupling side of fiber Bragg gratings when the V-number of the ultimode fiber is in the range between 5 and 10. The losses occurring at the outcoupling side then remain below a critical threshold, so that the resonance conditions relevant for the formation of a stable resonator can be satisfied. The at least partially transmitting second reflection element provided for decoupling of laser radiation amplified in the optical resonator is preferably designed as a fiber Bragg grating. A decoupling of laser radiation on the output side is comparatively uncritical, so that reflection elements can be used here whose reflectivity averaged over the bandwidth is, for example, only 10%. The fiber Bragg grating is preferably written inexpensively in the corresponding region of the multimode fiber.
In bevorzugten Ausführungsbeispielen ist der dielektrische Spiegel auf einem Trägerelement aus Quarz angeordnet. Quarz weist für die typischer Weise eingesetzten Wellenlängen eine relativ geringe Absorption auf und eignet sich somit besonders für Hochleistungsanwendungen, bei denen die durch die Laserleistung erzeugte Erwärmung minimiert werden muss. Gemäß zueinander alternativen Ausführungsformen ist das Trägerelement block- oder röhrenförmig ausgebildet. In jedem Fall ist mit dem direkt auf dem Trägerelement integrierten dielektrischen Spiegel ein monolithischer Aufbau gegeben, der eine besonderes einfach und leicht zu justierende Montage ermöglicht. Derartige Ausbildungen lassen sich besonders gut als faseroptisches Gesamtkonzept implementieren. In preferred embodiments, the dielectric mirror is disposed on a quartz support member. Quartz has relatively low absorption for the wavelengths typically employed, and is thus particularly suitable for high power applications where the heating generated by the laser power must be minimized. According to mutually alternative embodiments, the carrier element is block-shaped or tubular. In any case, with the integrated directly on the support element dielectric mirror is given a monolithic structure, which allows a particularly easy and easy to adjust mounting. Such training can be implemented particularly well as a fiber optic overall concept.
In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, den dielektrischen Spiegel in Richtung einer Einkoppelseite der Multimoden-Faser konkav gekrümmt auszu- bilden. Der Krümmungsradius des dielektrischen Spiegel ist so gewählt, dass die aus dem Faserkern der Multimoden-Faser austretende Laserstrahlung, auf diesen zurück reflektiert wird. Bei entsprechend dünnen Faserkernen weist der dielektrische Spiegel einen im Wesentlichen konstanten Krümmungsradius auf. Die Multimoden-Faser des optischen Resonators ist vorzugsweise zumindest abschnittsweise mit einem Seltenerdmetall, insbesondere Erbium, Er (1,5μ), Ytterbium, Yb (1μ), Holmium, Ho 21μ), Thulium und/oder Neodym dotiert. Ein Kerndurchmesser des Faserkerns der Multimoden-Faser beträgt gemäß bevorzugten Ausführungsbeispielen zumindest 50 μΐτι, insbesondere 50 μΐτι bis 100 μΐτι. Entsprechend weist ein den Faserkern umgebender Mantel, über den Pumpstrahlung in den Faserkern einkoppelbar ist, eine Stärke von mehreren hundert μΐτι, insbesondere 400 μΐτι auf. In a development of the invention, it is provided to form the dielectric mirror concavely in the direction of a coupling-in side of the multimode fiber. The radius of curvature of the dielectric mirror is selected so that the laser radiation emerging from the fiber core of the multimode fiber is reflected back onto it. With correspondingly thin fiber cores, the dielectric mirror has a substantially constant radius of curvature. The multimode fiber of the optical resonator is preferably at least partially doped with a rare earth metal, in particular erbium, Er (1.5μ), ytterbium, Yb (1μ), holmium, Ho 21μ), thulium and / or neodymium. A core diameter of the fiber core of the multimode fiber is according to preferred embodiments, at least 50 μΐτι, in particular 50 μΐτι to 100 μΐτι. Accordingly, a shell surrounding the fiber core, can be coupled via the pump radiation in the fiber core, a thickness of several hundred μΐτι, in particular 400 μΐτι on.
Die Erfindung betrifft ferner einen Faserlaser mit einem vorstehend beschriebenen optischen Resonator. Der Faserlaser umfasst ein Pumpmodul zum optischen Pumpen der aktiven Multimoden-Faser des optischen Resonators. The invention further relates to a fiber laser with an optical resonator described above. The fiber laser includes a pump module for optically pumping the multimode active fiber of the optical resonator.
Im Folgenden werden mögliche Ausführungsbeispiele der Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen: In the following, possible embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to the drawings. Showing:
Fig. 1: einen optischen Resonator gemäß einem möglichen Ausfüh- rungsbeispiel der Erfindung in einer schematischen Darstellung,1 shows an optical resonator according to a possible embodiment of the invention in a schematic representation,
Fig. 2 ein den optischen Resonator eingangsseitig begrenzendes erstes Reflexionselement gemäß einer ersten Ausführungsform in einer schematischen Schnittdarstellung, 2 shows a first reflection element limiting the optical resonator on the input side according to a first embodiment, in a schematic sectional illustration,
Fig. 3 ein den optischen Resonator eingangsseitig begrenzendes ers- tes Reflexionselement gemäß einer zweiten Ausführungsform in einer schematischen Schnittdarstellung. 3 a first reflection element limiting the optical resonator on the input side according to a second embodiment, in a schematic sectional illustration.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Corresponding parts are provided in all figures with the same reference numerals.
Fig. 1 zeigt einen Faserlaser 100 mit einem optischen Resonator 1, der eine aktive Multimoden-Faser 2 umfasst. Ein Faserkern der Multimoden-Faser 2 ist abschnittsweise mit Neodym dotiert und weist einen Kerndurchmesser von 50 μΐτι auf. FIG. 1 shows a fiber laser 100 having an optical resonator 1 comprising a multi-mode active fiber 2. A fiber core of the multimode fiber 2 is partially doped with neodymium and has a core diameter of 50 μΐτι on.
Der Resonanzraum des optischen Resonators 1 ist von zwei Reflexionselementen 3, 4 begrenzt. Eingangsseitig ist ein erstes Reflexionselement 3 vorgesehen, welches einen dielektrischen Spiegel 5 umfasst, der in monolithischer Bauweise auf einem Trägerelement 6 aus Quarz integriert ist. Mögliche Ausführungen des ersten Reflexionselements 3 sind im Detail in den Schnittdarstellungen der Figuren 2 und 3 gezeigt. Das in Figur 1 gezeigte, am optischen Resonator 1 ausgangsseitig angeordnete zweite Reflexionselement 4 ist als Faser-Bragg-Gitter ausgeführt, das in dem gezeigten Beispiel eine Transmission für die im Betrieb erzeugte Multimoden- Laserstrahlung von etwa 10 % aufweist. Der optische Resonator 1 ist eingangsseitig an ein Pumpmodul 7 angekoppelt. Das Pumpmodul 7 umfasst in an sich bekannter Art und Weise Mittel zur Erzeugung einer Besetzungsinversion in der aktiven Multimoden-Faser 2. Hierzu ist vorgesehen, Pumpstrahlung in die aktive Multimoden-Faser 2 einzukoppeln, die beispielsweise von Laserdioden erzeugt wird. The resonant space of the optical resonator 1 is limited by two reflection elements 3, 4. On the input side, a first reflection element 3 is provided which comprises a dielectric mirror 5 which is monolithic Construction is integrated on a support element 6 made of quartz. Possible embodiments of the first reflection element 3 are shown in detail in the sectional views of Figures 2 and 3. The second reflection element 4, which is arranged on the output side of the optical resonator 1 and shown in FIG. 1, is designed as a fiber Bragg grating, which in the example shown has a transmission for the multimode laser radiation of about 10% produced during operation. The optical resonator 1 is coupled on the input side to a pump module 7. The pump module 7 comprises, in a manner known per se, means for generating a population inversion in the active multimode fiber 2. For this purpose, it is provided to couple pump radiation into the active multimode fiber 2, which is generated, for example, by laser diodes.
Ausgangsseitig schließt sich eine Transportfaser 8 an dem als Output-coupler dienenden zweiten Reflexionselement 4 an, mittels der die erzeugte Multimoden-Strahlung insbesondere zur Materialbearbeitung auf ein Werkstück gerichtet werden kann. On the output side, a transport fiber 8 connects to the serving as an output coupler second reflection element 4, by means of which the generated multimode radiation can be directed in particular for material processing on a workpiece.
Figur 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel des ersten Reflexionselements 3 in monolithischer Bauweise. Der dielektrische Spiegel 5 ist endseitig auf dem Trägerelement 6 angeordnet, welches in dem gezeigten Beispiel als massiver Quarzblock ausgeführt ist und in Richtung einer Einkoppelseite 9 der Multimo- den-Faser 2 konkav gekrümmt. Der Krümmungsradius des dielektrischen Spiegels 5 entspricht hierbei einer optischen Länge, die sich aus der longitudinalen Länge L des Trägerelements 6 unter Berücksichtigung der Brechung ergibt. FIG. 2 shows a first exemplary embodiment of the first reflection element 3 in monolithic construction. The dielectric mirror 5 is arranged on the end of the support element 6, which is designed in the example shown as a solid quartz block and concave curved towards a Einkoppelseite 9 of the multimode fiber 2. The radius of curvature of the dielectric mirror 5 in this case corresponds to an optical length which results from the longitudinal length L of the carrier element 6 taking into account the refraction.
Die Multimoden-Faser 2 ist durch Anspleißen mit dem Trägerelement 6 form- schlüssig verbunden. Der Kerndurchmesser d des Faserkerns 10 beträgt 50 μΐτι, der Manteldurchmesser D eines den Faserkerns 10 umgebenden Mantels 11 beträgt 400 μΐτι. Eine derartige Dimensionierung der Multimoden- Faser 2 begünstigt die Ausbildung von Multimoden-Laserstrahlung bei gängi- gen Faserdotierungen . Die M ultimoden-Faser 2 weist weiterhin eine den Mantel 11 u mgebende Schutzbeschichtung 12 auf. The multimode fiber 2 is connected in a form-fitting manner by splicing to the carrier element 6. The core diameter d of the fiber core 10 is 50 μΐτι, the cladding diameter D of the fiber core 10 surrounding shell 11 is 400 μΐτι. Such a dimensioning of the multimode fiber 2 favors the formation of multimode laser radiation in common gene fiber dopings. The ultimode fiber 2 furthermore has a protective coating 12 which forms the jacket 11.
Figu r 3 zeigt ein zweites Ausfü hrungsbeispiel des ersten Reflexionselements 3. Der dielektrische Spiegel 5 ist endseitig auf dem Trägerelement 6 befestigt, welches eine röhrenförmige Gestalt hat. Auch das Trägerelement 6 des zweiten Ausführu ngsbeispiels besteht aus Quarz. Der Krümmu ngsrad ius des dielektrischen Spiegels 5 entspricht vorzugsweise dem Abstand des d ielektrischen Spiegels 5 von der Einkoppelseite 9 der M ultimoden-Faser 2, welcher der lon- gitudinalen Länge L entspricht. Der Abstand des dielektrischen Spiegels 5 von der Einkoppelseite 9 kann besonders einfach durch eine axiale Verschiebung des tu busförmigen Reflexionselementes 3bezügl ich der Multimoden-Faser 2 eingestel lt werden . Die Dimensionierung des Kerndurchmessers d des Faserkerns 10 und des Manteldurchmessers D des Mantels 11 entspricht im Wesentlichen der Dimensionieru ng des in Figu r 2 gezeigten Ausführu ngsbeispiels, so dass auch hier die Ausbild ung von Multimoden-Laserstrahlu ng begü nstigt ist. Die Erfindu ng wurde vorstehend mit Bezug auf bevorzugte Ausfü hrungsbeispiele beschrieben . Es versteht sich jedoch, dass die Erfindu ng nicht auf die konkrete Ausgestaltung der gezeigten Ausfü hrungsbeispiele beschränkt ist, vielmehr kann der zuständige Fachmann anhand der Beschreibu ng Variationen ableiten ohne von dem wesentlichen Grundgedanken der Erfindu ng abzuwei- chen . Bezugszeichen liste FIG. 3 shows a second embodiment of the first reflection element 3. The dielectric mirror 5 is fixed on the end to the support element 6, which has a tubular shape. Also, the carrier element 6 of the second embodiment is made of quartz. The curvature ius of the dielectric mirror 5 preferably corresponds to the distance of the dielectric mirror 5 from the coupling side 9 of the ultimode fiber 2, which corresponds to the longitudinal length L. The distance of the dielectric mirror 5 from the coupling side 9 can be particularly easily adjusted by an axial displacement of the tu bus-shaped reflection element 3bezügl the multimode fiber 2. The dimensioning of the core diameter d of the fiber core 10 and the cladding diameter D of the shell 11 essentially corresponds to the dimensioning of the embodiment shown in FIG. 2, so that here too the formation of multimode laser radiation is favored. The invention has been described above with reference to preferred embodiments. However, it should be understood that the invention is not limited to the specific embodiment of the exemplary embodiments shown; rather, the person skilled in the art can derive variations from the description without departing from the essential basic idea of the invention. Reference number list
1 optischer Resonator1 optical resonator
2 Mu ltimoden-Faser 2 mu ltimode fiber
3 erstes Reflexionselement 3 first reflection element
4 zweites Reflexionselement4 second reflection element
5 dielektrischer Spiegel5 dielectric mirror
6 Trägerelement 6 support element
7 Pu mpmodu l  7 Pu mpmodu l
8 Transportfaser  8 transport fiber
9 Einkoppelseite  9 coupling side
10 Faserkern  10 fiber core
11 Mantel  11 coat
12 Schutzbeschichtung  12 protective coating
100 Faserlaser 100 fiber lasers
L Länge L length
d Kerndu rchmesser d Core Diameter
D Manteldurchmesser  D jacket diameter

Claims

Patentansprüche claims
1. Optischer Resonator (1) für einen Hochleistungs-Faserlaser mit einem optisch aktiven Medium, das eine einen zumindest abschnittsweise dotierten Faserkern (10) aufweisende Multimoden-Faser (2) umfasst, wobei die Multimoden-Faser (2) zwischen einem hochreflektierenden ersten Reflexionselement (3) und einem zumindest teilweise transmittierenden zweiten Reflexionselement (4) angeordnet ist, wobei das erste Reflexionselement (3) einen dielektrischen Spiegel (5) umfasst. 1. An optical resonator (1) for a high-power fiber laser with an optically active medium, comprising an at least partially doped fiber core (10) comprising multimode fiber (2), wherein the multimode fiber (2) between a highly reflective first reflection element (3) and an at least partially transmitting second reflection element (4) is arranged, wherein the first reflection element (3) comprises a dielectric mirror (5).
Optischer Resonator (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die die Multimoden-Faser (2) charakterisierende V-Zahl einen Wert von 5 oder mehr, vorzugsweise einen Wert zwischen 5 und 10 beträgt. Optical resonator (1) according to claim 1, characterized in that the V-number characterizing the multimode fiber (2) is 5 or more, preferably between 5 and 10.
Optischer Resonator (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Reflexionselement (4) als Faser-Bragg-Gitter ausgebildet ist. Optical resonator (1) according to claim 1 or 2, characterized in that the second reflection element (4) is designed as a fiber Bragg grating.
Optischer Resonator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der dielektrische Spiegel (5) auf einem Trägerelement (6) aus Quarz angeordnet ist. Optical resonator (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the dielectric mirror (5) is arranged on a support element (6) made of quartz.
Optischer Resonator (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (6) block- oder röhrenförmig ausgebildet ist. Optical resonator (1) according to claim 4, characterized in that the carrier element (6) is block-shaped or tubular.
6. Optischer Resonator (1) nach einem der vorherigen Ansprüchen, 6. An optical resonator (1) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass der dielektrische Spiegel (5) in Richtung einer Einkoppelseite (9) der Multimoden-Faser (2) konkav gekrümmt ist.  characterized in that the dielectric mirror (5) is concavely curved in the direction of a coupling-in side (9) of the multimode fiber (2).
Optischer Resonator (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Multimoden-Faser (2) zumindest abschnittsweise mit einem Seltenerdmetall, insbesondere Erbium, Ytterbium und/oder Neodym dotiert ist. Optischer Resonator (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kerndurchmesser (d) des Faserkerns (10) der Multimoden-Faser (2) zumindest 50 μΐτι, insbesondere 50 μΐτι bis 100 μΐτι beträgt. Optical resonator (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the multimode fiber (2) is at least partially doped with a rare earth metal, in particular erbium, ytterbium and / or neodymium. Optical resonator (1) according to one of the preceding claims, characterized in that a core diameter (d) of the fiber core (10) of the multimode fiber (2) at least 50 μΐτι, in particular 50 μΐτι to 100 μΐτι amounts.
9. Faserlaser (100) mit einem eine Multimoden-Faser (2) aufweisenden optischen Resonator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und einem Pumpmodul 7 zum optischen Pumpen der Multimoden-Faser (2). 9. fiber laser (100) comprising a multi-mode fiber (2) having optical resonator (1) according to one of the preceding claims and a pump module 7 for optically pumping the multimode fiber (2).
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69320657T2 (en) * 1993-10-13 1999-05-06 Italtel Spa A DIODE-PUMPED, CONTINUOUSLY OPERATING SINGLE-MODE FIBER LASER that emits at 976 nm
US20060280217A1 (en) * 2003-06-12 2006-12-14 Spi Lasers Uk Ltd. Optical apparatus, comprising a brightness converter, for providing optical radiation
US20090080469A1 (en) * 2005-07-08 2009-03-26 Crystal Fibre A/S Optical coupler devices, methods of their production and use
EP2592704A2 (en) * 2011-11-08 2013-05-15 Lisa Laser Products Ohg Fuhrberg & Teichmann Laser device with a multi-mode optical waveguide comprising an optically active material

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69320657T2 (en) * 1993-10-13 1999-05-06 Italtel Spa A DIODE-PUMPED, CONTINUOUSLY OPERATING SINGLE-MODE FIBER LASER that emits at 976 nm
US20060280217A1 (en) * 2003-06-12 2006-12-14 Spi Lasers Uk Ltd. Optical apparatus, comprising a brightness converter, for providing optical radiation
US20090080469A1 (en) * 2005-07-08 2009-03-26 Crystal Fibre A/S Optical coupler devices, methods of their production and use
EP2592704A2 (en) * 2011-11-08 2013-05-15 Lisa Laser Products Ohg Fuhrberg & Teichmann Laser device with a multi-mode optical waveguide comprising an optically active material

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