[发明专利]高功率空间滤光器

说明书

技术领域

本发明涉及一种光学系统，其操作以从传播通过自由空间的激光中过滤掉高数值孔径或数值口径射线。

背景技术

为了满足现在的工业需求，一般包括固体激光器和光纤激光器的激光器变得越来越高效能。然而，通常应当在不劣化激光的质量的情况下得到高的光能量。在不同结构或配置的光纤激光系统中激光传播通过自由空间是经常遇到的。例如，光纤激光系统的诸如隔离器、环行器等的带有引出端的光学部件被构造有要求光经由自由空间传播的光路连续段。而另一种要求光经由自由空间传播的光学构造包括通常操作为泵浦源的激光二极管模块。激光二极管模块典型地具有多个发出各自的光束的激光二极管。光束被进一步校准和聚焦在多模(MM)传送光纤的入口承接口(faucet)，该多模传送光纤进一步将泵浦光引导到光纤增益组件。

将被聚焦的光线耦合到光纤一般地是重要的，特别是当激光二极管模块用作用于能够发出激光的光纤激光系统的泵浦时。通常，在多种工业中观察到的进展是越来越多地需要具有高质量高功率的激光束。

满足这种需求的是典型地包括一个或多个二极管泵浦模块的所谓的高功率光纤激光系统。产生的泵浦光然后被耦合到一个或多个增益组件。增益组件被构造有典型地具有多模(“MM”)芯部的主动光纤或激活光纤，该多模芯部被构型为在想要的波长基本上只承载基础模式(FM)。分别耦合到主动光纤的相对两端的输入和输出单模式(SM)被动光纤典型地组成了增益组件的一个光纤单元。

用于高功率激光系统的泵浦激光二极管模块被构造为带有引出端的光学元件，即，带有耦合到其上的光纤的元件。因此，来自多个发光器的被聚焦的MM光线被耦合到MM被动光纤，该MM被动光纤忠于其定义支持包括最强效的基础模式的多个横向模式。这些模式“竞争”给定的功率。在MM被动光纤中激发了更多的高阶模式(HOM)的情况下，基础模式的功率降低。

被传送的基础模式的功率损失极大地影响了上述公开的高功率光纤激光系统的总体效率。因此，期望由MM被动光纤传送的基础模式是最有效的或最强的，这可以通过降低高阶模式的数量实现。

存在几个影响激发的HOM(高阶模式)的数量的因素。例如，在将被聚焦光线耦合到MM被动光纤的过程中，大多数光线进入到MM芯部。这种光主要激发中心芯部模式，其中，光功率强度围绕光纤的主要被基础模式和少数中心HOM所占据的芯部区域对准。

但是具有各自的大数值孔径的一些激光光线，即以相对于光纤的光轴的较大角度传播的光线，从MM芯部偏离杂散并且没有很好地与MM芯部对准。此种杂散光线可能激发光纤的大量的包层模式和通常沿着芯部/包层界面传播的外围芯部HOM(高阶模式)。这些外围HOM也降低了基础模式的功率和质量，并且附加地，经常趋于不能耦接到光纤，从而出现对环境的危害。特别是，使得光纤免受机械应力的保护性聚合物层很容易被破坏，这样经常导致光纤自身的不可修复的损坏。另外，解耦光对光纤系统的其他光学部件而言是危险的。

传统地，光圈止挡件或孔阑或光圈被用于过滤掉杂散的激光以防止其进入到光纤。这种直接的解决方案通常对常规的自由空间光学器件而言是有效的。然而，在与高功率泵浦模块相关的微型光学器件中，孔阑更难以处理。因此，不能一直满足在相对于光纤轴线安装和对准过程中对高精度的要求。继而，对于大规模生产而言，后者降低了激光模块的可靠性和可复制性。

外围模式的激发导致上述的不想要的后果不仅仅限于泵浦光传送系统。光纤激光系统也经常具有校准光传播通过自由空间然后耦合至光纤的光路。例如，终端组件具有准直透镜，或者多级联高功率光纤激光系统经常包括隔离器、环行器和其他大型部件，这些部件配置有在光线被耦合到光纤之前的自由空间光路。在很多情况下，传播进入到光纤的光的耦合也具有与上述关于泵浦光传送系统的相同的问题。

因此，在接收通过自由空间传播的MM光线的被动MM光纤中，存在减小或最小化外围HOM和包层HOM的激发的改进的方法的需求。

还存在对执行改进的方法的光学系统的需求。

发明内容

本公开的光学系统满足了上述的需求。具体地，所述系统构造有发光的光源，所述光进一步经由自由空间传播并且入射在聚焦光学部件上。被聚焦的光进一步入射在与上述部件对准的光纤上，并且被聚焦的光包括相对于部件的光学轴线以相应的角度延伸的小数值孔径光线和高数值孔径光线。

在下文公开的是一个改进的方法，该方法通过从入射到光纤上的光中过滤掉高数值孔径的杂散光线而减小较高阶模式和包层模式的激发。