[发明专利]单模高功率光纤激光器系统

权利要求书

1.一种单模高功率(SMHP)光纤激光器系统，包括：

多模(MM)有源光纤，具有带有瓶颈形状截面的纤芯，所述纤芯配置为在所需波长下实质上仅仅支持基模，并随着所述基模沿着所述纤芯传播将所述基模的高斯场分布成形为环场分布；以及

泵浦单元，可操作用于产生泵浦光束，所述泵浦光束耦合至所述MM有源光纤，所述MM有源光纤实质上以放大的基模输出辐射。

2.根据权利要求1所述的SMHP光纤激光器系统，其中所述有源MM光纤还包括至少一个包围所述纤芯并与所述纤芯共同延伸的覆层，所述纤芯包括：

均匀尺寸的输入端区域，所述输入端区域引导具有高斯场分布的所述基模；

均匀尺寸的放大区域，所述放大区域的直径大于所述输入区域的直径并且可操作用于放大具有环场分布的所述基模；以及

截头圆锥形输入变换区域，所述截头圆锥形输入变换区域桥接相应输入区域和放大区域的相对端并且配置用于将所述基模的所述高斯场分布逐渐变换成所述基模的环场分布；

所述MM有源光纤的纤芯配置成具有阶跃折射率分布，所述阶跃折射率分布具有在所述MM光纤的相对端之间延伸的中央下凹。

3.根据权利要求2所述的SMHP光纤激光器系统，其中所述泵浦单元配置有：

中央信号中央无源光纤，所述中央信号中央无源光纤直接熔接到所述MM有源光纤的输出端并具有与所述有源光纤的所述放大区域的纤芯模式匹配的MM纤芯，以便实质上无损耗地从所述有源光纤接收具有所述环场分布的所述基模，并在实质上没有耦合到高阶模(HOM)的情况下引导所述基模；

多个周边光纤，围绕所述中央信号MM光纤并且彼此可操作地连接以将所述泵浦光束发射到所述MM有源光纤的所述输出端区域的所述覆层中。

4.根据权利要求3所述的SMHP光纤激光器系统，其中所述MM中央信号光纤的纤芯配置为具有阶跃折射率分布，所述阶跃折射率分布具备中央下凹，所述中央下凹配置成在所述MM光纤之间的接合处与所述MM有源光纤的放大区域的下凹类似并与之对齐，以便支持具有所述环场分布的所述基模的传播。

5.根据权利要求4所述的SMHP光纤激光器系统，还包括无源MM传递光纤，所述无源MM传递光纤熔接到所述泵浦单元的所述中央信号MM光纤，并具有配置为与所述MM中央信号光纤的纤芯实质上相同的纤芯，所述中央光纤的外径大于所述传递光纤的外径。

6.根据权利要求5所述的SMHP光纤激光器，其中所述传递光纤具有渐缩形输出端，所述传递光纤的所述纤芯配置为具有阶跃折射率分布，所述阶跃折射率分布具有沿所述传递光纤的所述输出端变窄的下凹，以便将所述基模的所述环场分布重新成形为所述基模的所述高斯场分布。

7.根据权利要求6所述的SMHP光纤激光器系统，还包括石英光束扩展器，所述石英光束扩展器配置用于扩展接收自所述传递光纤且具有所述高斯场分布的所述基模。

8.根据权利要求1所述的SMHP光纤激光器系统，其中所述MM有源光纤的所述纤芯具有具备增益介质的阶跃折射率分布，在所述纤芯的整个区域或所述纤芯的位于所述纤芯的中央区域和周边区域之间的环形区域掺杂所述增益介质，所述增益介质配置用于实质上仅仅放大所述基模。

9.根据权利要求2所述的SMHP光纤激光器系统，还包括SM无源输入光纤，所述SM无源输入光纤将SM输入辐射发射到所述MM有源光纤的输入端中，所述纤芯沿着所述MM有源光纤的所述输入区域延伸，且所述SM输入光纤的纤芯配置为使得相应单模和基模的模场直径实质上彼此匹配。

10.根据权利要求2所述的SMHP光纤激光器系统，其中所述MM有源光纤的所述纤芯还配置有：

截头圆锥形输出变换区域，所述截头圆锥形输出变换区域从所述放大区域开始变窄；

输出端区域，所述输出端区域配置成与端输入区域实质上相同并且从所述输出变换区域开始延伸；

沿所述输出变换区域延伸的下凹，所述下凹配置成使所述基模的所述环场分布逐渐变换为所述基模的沿接合到所述泵浦单元的所述输出端区域进一步传播的所述高斯分布。